英國雷擊導(dǎo)致海上風(fēng)電場脫網(wǎng)事故

1、事故介紹

英國當(dāng)?shù)貢r間2019年8月9號下午發(fā)生了自2003年以來最嚴重的一次大面積停電事故，導(dǎo)致包括倫敦在內(nèi)的大半個英國地區(qū)陷入癱瘓，超過100萬人無電可用。經(jīng)查明，輸電線路遭到雷擊引發(fā)Hornsea One 海上風(fēng)電場以及一座天然氣發(fā)電廠發(fā)生故障并脫網(wǎng)，進而導(dǎo)致大面積停電。事故的主要責(zé)任方之一是Hornsea One的投資商沃旭集團，在事故發(fā)生后收到了一張超級罰單——罰款450萬英鎊（合計4100萬人民幣）。

圖4 Hornsea One 海上風(fēng)電場區(qū)位圖

2、 事故分析與反思

事故當(dāng)天，Hornsea One海上風(fēng)電場和Little Barford燃氣電場先后遭到雷擊，并且?guī)缀跬瑫r脫網(wǎng)。一般情況下，發(fā)電機不會由于雷擊原因而停發(fā)，因此這種情況非常罕見。遭到雷擊后，整個風(fēng)場立刻從799MW負荷降到62MW。風(fēng)場模塊2和模塊3總計737MW的容量全部切出，只有模塊1區(qū)域繼續(xù)以50MW的容量運行。

風(fēng)電場方面確認，風(fēng)場電壓在發(fā)生雷擊時出現(xiàn)波動，最初系統(tǒng)自身試圖適應(yīng)和解決故障，但很快故障波及全場，安全保護系統(tǒng)被觸發(fā)。Little Barford燃氣電站在遭到雷擊后也和電網(wǎng)脫離，導(dǎo)致和風(fēng)場合計的容量減少了1378MW。

海上發(fā)生雷電天氣不可避免，海上風(fēng)電機組一般處于潮間帶和潮下帶灘涂風(fēng)電場，風(fēng)電機組的塔筒一般高約80至100m，葉片的長度也達到50至60m，由于海上環(huán)境的特殊性，風(fēng)電機組遭雷擊的概率大大提高。因此進行防雷措施顯得十分必要，目前防雷措施主要包括以下幾方面：

風(fēng)機葉片防雷

葉片作為風(fēng)力發(fā)電機組上暴露程度最高的部件，承受了約占風(fēng)機雷擊概率的15%~20%，尤其以葉尖受損居多，嚴重的雷擊甚至導(dǎo)致多處接閃器被擊毀，其維修費用造價大，停機時間長，給風(fēng)電場的經(jīng)濟財產(chǎn)造成巨大損失。因此需要在葉尖處鋪貼防雷金屬網(wǎng)，擴大接閃范圍，可提升防護能力。葉片首先要從選材做起，選擇既符合所要求的強度，又能減少由旋轉(zhuǎn)摩擦而引起的摩擦電荷，然后要在葉片頂端和葉片內(nèi)部安裝導(dǎo)電材料，一旦遭雷擊能起到避雷針的效果，盡量泄放雷電流的能量，減少葉片損失。

圖5 材料選擇是葉片防雷設(shè)計的重要手段之一

機艙防雷

機艙內(nèi)的各種部件通過連接螺栓可靠的連接到機艙底座的金屬支撐架上，在機艙內(nèi)不與底盤連接的所有部件都進行專門接地。機艙內(nèi)軸承防雷的主要途徑是在軸承前端產(chǎn)生一條與其并行的低阻通道，對于沿軸傳來的雷電流實施旁路分流，使雷電流盡可能少地流過軸承。

過電壓保護

風(fēng)電機組中雷電電涌過電壓防護的基本措施之一，主要是在機組中設(shè)置電涌保護器。按保護功能可分為電源電涌保護器和信號電涌保護器，分別設(shè)置在電力（供電）線路和信號（通信）線路上，用于防止雷電電涌過電壓沿線路侵害所端接的電氣和電子設(shè)備。此外，還有屏蔽措施和等電連接也在風(fēng)電機組的防雷保護中起到重要作用。

防腐蝕保護

由于海上濕氣較大，鹽霧情況比較嚴重，目前根據(jù)各個風(fēng)電機組整機制造商所公布的海上風(fēng)電運行情況，風(fēng)電機組的防雷系統(tǒng)部分裝置較易發(fā)生腐蝕，與海上風(fēng)電機組20年的壽命期差距較大。因此，風(fēng)電機組的防雷系統(tǒng)應(yīng)重視防腐處理，重點針對葉片根部、齒輪箱、主軸剎車盤滑動點處等設(shè)置防雷環(huán)。并應(yīng)采用導(dǎo)電納米防腐材料或者金屬涂液，在不影響防雷裝置的導(dǎo)電性的前提下，通過處理后與濕氣和鹽霧隔絕。控制措施分析

1、加強基礎(chǔ)防護措施的落實

完善基礎(chǔ)防護措施，對于海上風(fēng)電項目在建、運行中的安全穩(wěn)定性保障意義重大。建設(shè)單位應(yīng)從防雷裝置的安裝，防水作業(yè)實施，設(shè)備及線路的防潮處理，以及安全防護管理方面進行落實。最大化地降低因防護措施實施不到位，自然環(huán)境氣候變化，造成的安全事故以及風(fēng)險現(xiàn)象，確保海上風(fēng)電項目的穩(wěn)定發(fā)展。

2、完善設(shè)備驗收及保險制度

當(dāng)前我國保險業(yè)的發(fā)展較為迅猛，其中在海上風(fēng)電項目建設(shè)中的設(shè)備保險拓展方面，也獲得了較多的實踐機會。從安全、風(fēng)險控制的角度進行分析，完善設(shè)備驗收及保險制度，是海上風(fēng)電項目發(fā)展中的主要風(fēng)險控制措施之一。例如，關(guān)于設(shè)備驗收，應(yīng)從出廠驗收，運輸固定驗收，以及現(xiàn)場驗收三個環(huán)節(jié)進行落實，避免因設(shè)備出廠質(zhì)量不合格，運輸損傷造成的設(shè)備基礎(chǔ)質(zhì)量不合格，引起的安全風(fēng)險事故。另外，保險制度的實施，應(yīng)由運輸單位或廠方進行設(shè)備投保，通過購買保險的方式進行設(shè)備保險控制，以此降低設(shè)備風(fēng)險，同時達到提升設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量，提升海上風(fēng)電項目安全管理的目的。

3、提升運維人員的綜合技能，落實技術(shù)監(jiān)管

首先，從海上風(fēng)電項目的運維現(xiàn)狀及施工技術(shù)實施現(xiàn)狀方面考量，提升運維人員綜合技能，落實技術(shù)監(jiān)管則為項目發(fā)展中風(fēng)險控制的主要措施。例如，關(guān)于運維人員的綜合技能提升，海上風(fēng)電企業(yè)可通過對外招聘的形式，以及臨時聘用的形式，進行相關(guān)專業(yè)人才的聘用，以此確保項目的正常建設(shè)、施工、應(yīng)用。其次，從長遠的角度進行考量，企業(yè)還應(yīng)從加強現(xiàn)有人員的技能培訓(xùn)、技能考核、理論測試等方面進行落實，以此確保相關(guān)運維技術(shù)實施中的準(zhǔn)確性和合格性。再次，關(guān)于技術(shù)監(jiān)管作業(yè)的實施，海上風(fēng)電項目可通過聘用第三方工程監(jiān)理機構(gòu)的方式，進行項目施工中的技術(shù)監(jiān)管，以此合理地提升工程施工發(fā)展中的技術(shù)應(yīng)用效果，同時減少因技術(shù)實施不到位，造成的后期設(shè)備故障現(xiàn)象以及安全事故現(xiàn)象，最終達到提升海上風(fēng)電項目風(fēng)險管理質(zhì)量的目的。

4、完善環(huán)保處理措施

現(xiàn)代社會的發(fā)展離不開各類能源的應(yīng)用，同時也離不開生態(tài)系統(tǒng)的支持。因此從生態(tài)平衡的角度，以及可持續(xù)發(fā)展的角度進行分析，海上風(fēng)電項目在建設(shè)運行發(fā)展中，完善其環(huán)保處理措施，是項目發(fā)展中的主要風(fēng)險控制措施之一。例如，在項目立項選址時，應(yīng)注重遠離鳥類固定生活區(qū)域，規(guī)避后期可能出現(xiàn)的環(huán)保風(fēng)險。其次在項目設(shè)計中，應(yīng)嚴格落實環(huán)保處理系統(tǒng)的設(shè)計，確保相關(guān)污水的排放，符合環(huán)保要求，減少排放造成的浮游生物死亡等不良現(xiàn)象。此外，關(guān)于固體廢棄物的處理，企業(yè)可通過集中回收、集中環(huán)?；幚?、集中填埋或回收利用的方式進行處理，以此避免因固體廢棄物違規(guī)丟棄，造成的區(qū)域海水污染，以及區(qū)域海洋生態(tài)系統(tǒng)破壞的現(xiàn)象。

結(jié)語

從2005年開始，我國風(fēng)電行業(yè)進入快速發(fā)展期，在快速發(fā)展的同時，機組的質(zhì)量和安全存在諸多隱患。因此，在大力發(fā)展海上風(fēng)電的同時，應(yīng)樹立安全管理理念，提升風(fēng)險控制技術(shù)水平，加強安全保障建設(shè)，推動我國海上風(fēng)電建設(shè)穩(wěn)步發(fā)展。