青藏高原地區(qū)風力發(fā)電機組的雷電工程防護設計

　　摘要青藏高原地區(qū)是我國風資源儲備較為豐富的地區(qū)之一，對于高原地區(qū)的風電開發(fā)也是近年來熱議的一個話題。但在高原地區(qū)建設風場防雷和接地是值得重點考慮的問題，高原地區(qū)的雷暴活動是非?；钴S的，尤其冬季的干雷暴活動和高原的低氣壓對風力發(fā)電機電涌保護器選型有著很大的影響；其次，風力發(fā)電機組的接地問題同樣不可忽視，高原凍土對接地系統(tǒng)的凍脹災害將對風機基礎、接地網(wǎng)選材造成破壞性的影響，本文結合高原地區(qū)的雷暴活動特點及高原凍土特點介紹了高原地區(qū)風力發(fā)電機組的雷電防護和接地工程設計。

　　1.高原地區(qū)建設風力發(fā)電廠的特殊性

　　地區(qū)的風資源儲量超過50萬kW，發(fā)電量達到12億kW•h，國內各風電投資公司對該地區(qū)的風場投資充滿了信心。而據(jù)相關資料表明，國際上目前還沒有專門為海拔4000m的高度設計的風力發(fā)電機組，而對于高海拔地區(qū)的低溫、雷暴、凍土等多方面因素對風力發(fā)電組的運行、壽命會存在的影響尚無實踐運行數(shù)據(jù)。

　　根據(jù)國外數(shù)據(jù)和國內不完全統(tǒng)計數(shù)據(jù)，雷電已經(jīng)成為導致風力發(fā)電機組停機的重要災害性因素之一，而接地占風電場土建工程投資的比例也是逐年提高。本文就這兩方面問題進行闡述。

　　2.高原地區(qū)的雷暴活動及特征

　　雷暴活動與地理位置、氣候特點有著密不可分的關系，內陸的雷暴主要是有鋒面雷暴引起的，伴有少量的氣團雷暴和地形雷暴，而高原地區(qū)的雷暴主要是由地形雷暴形成的。受全球氣候變暖的影響，雷電流的強度和幅值也越來越大，2008年在西藏與四川交界地區(qū)曾觀測到正閃304.2kA和負閃395kA；并且，青藏高原地區(qū)的雷暴日一般高于同緯度地區(qū)的雷暴日（如圖2），雷暴日是對于該地區(qū)年雷電活動的直觀記錄，雖然高原地區(qū)

　　的雷暴日數(shù)多于內陸地區(qū)，但雷暴時明顯低于內陸及沿海地區(qū)，樣本數(shù)據(jù)表明高原地區(qū)的平均雷暴時為131h，而內陸地區(qū)的平均雷暴時均超過167h，部分沿海地區(qū)的平均雷暴時達到200h以上（圖3）。

　　而對于風力發(fā)電機組而言，雷暴活動周期的對雷擊后的維護也具有一定影響，青藏高原地區(qū)的雷暴初日與雷暴終日與內陸相比較同樣存在較大差異，以北京地區(qū)為例北京的雷暴初日為3月29日，雷暴終日11月4日（數(shù)據(jù)截止2004年）；高原地區(qū)的雷暴初日最早也在3月，雷暴終日則到了11月底；從風機維護角度而言，一旦風力發(fā)電機在冬季遭到雷擊，其維護的成本是相對較高的，并且要承受低壓缺氧條件和低溫嚴寒的考驗。

　　當然，以上數(shù)據(jù)雖然證明了高原地區(qū)的雷暴活動時間寬度較大，但同時也說明青藏高原雷電的特點是面積小，雷云放電頻繁，每次放電電流不大，即年平均雷暴日多，雷電強度小。在這種雷暴條件下，風力發(fā)電機組的電涌防護相對就可以基本忽略其最大通流量，而重點考慮其殘壓對設備的影響。

　　3.高原地區(qū)風力發(fā)電機組的電涌防護及凍土接地問題

　　3.1高原地區(qū)風力發(fā)電機組的電涌防護問題

　　通過上述的說明，影響高原地區(qū)風力發(fā)電機組的雷電并不是最重要的問題，而且從國內相關葉片生產廠家得到的數(shù)據(jù)表明，雷擊葉片占其裝機葉片總量的比例不到1%，結合全國的數(shù)據(jù)也不到3%，并且，目前風力發(fā)電機組采用的葉片的防雷結構可以滿足高原條件下的雷擊通流量的要求。

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