一、背景分析

作為能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模已位居世界前列。近年來(lái)，我國(guó)以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的新能源發(fā)展成效顯著，裝機(jī)規(guī)模穩(wěn)居全球首位，發(fā)電量占比穩(wěn)步提升。太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源因其可持續(xù)、環(huán)保的特性被廣泛應(yīng)用。

然而，新能源發(fā)電設(shè)備大多位于地理環(huán)境復(fù)雜、氣候多變的區(qū)域，因此易受到自然環(huán)境的影響。尤其是風(fēng)力發(fā)電，普遍受到強(qiáng)雷暴天氣的威脅。在高海拔的山頂上，風(fēng)電機(jī)組高聳突出的機(jī)身和葉片頂端極易遭受雷擊。

此外，風(fēng)電場(chǎng)所在的山地、戈壁、沙漠等地貌決定了接地網(wǎng)電阻率較高，設(shè)備難以有效接地。即使接地電阻（工頻）測(cè)試合格，在遭受雷擊時(shí)，仍會(huì)跳閘斷電，甚至燒毀設(shè)備，造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，防雷工程是新能源發(fā)電安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。

二、防雷工程需求分析

1.新能源設(shè)備如風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能板等通常安裝在高海拔地區(qū)，且風(fēng)機(jī)葉片尖端突出，便于匯聚電荷，更容易遭受直擊雷劈擊。

2.新能源電場(chǎng)所處的多石少土、含水量差的地貌使得接地電阻居高不下，接地網(wǎng)貯存自由電荷的能力不足，尤其在高頻沖擊下接地電阻與地電壓會(huì)瞬間升高，引起過(guò)電壓反擊跳閘。

3.雷電伴隨著高強(qiáng)度的電磁感應(yīng)，在線路產(chǎn)生大量的脈沖能量，引起過(guò)電壓、過(guò)電流，造成設(shè)備故障損失。

4.感應(yīng)雷侵入金屬導(dǎo)體，相鄰金屬之間可形成10kV量級(jí)的電位差，引起金屬間隙的火花放電，極其危險(xiǎn)。

5.新能源電場(chǎng)選址在野外，金屬接地極易受環(huán)境腐蝕，使接地網(wǎng)使用年限低。一些低成本的降阻措施（如使用降阻劑）會(huì)使金屬接地極受到電化學(xué)腐蝕而進(jìn)一步降低接地網(wǎng)的使用壽命，造成重大安全隱患，反而增加了運(yùn)維成本。

6.高山水電站、水上光伏發(fā)電站、漁光互補(bǔ)光伏電站、海上風(fēng)電場(chǎng)、海上光伏等水上新能源電場(chǎng)的接地網(wǎng)被置于水下，金屬接地極易受到水體腐蝕。新能源設(shè)備矗立在平坦寬闊的水面上，易誘發(fā)雷擊。水上濕潤(rùn)環(huán)境易使電氣設(shè)備表面形成凝露水珠，在電場(chǎng)的作用下引起畸變，產(chǎn)生局部放電，導(dǎo)致絕緣子、電纜接頭、母排相間等被擊穿，引起事故，即“潮濕放電”。嚴(yán)寒時(shí)，凝露會(huì)在風(fēng)機(jī)葉片表面形成積冰，嚴(yán)重時(shí)甚至能造成葉片斷裂。此外，海面和近海地區(qū)高濕高鹽的空氣導(dǎo)致金屬部件銹蝕斷裂，嚴(yán)重影響新能源發(fā)電設(shè)備的使用壽命。

三、防雷工程解決方案

1.構(gòu)建合格的接地網(wǎng)：良好的接地環(huán)境是接閃器（避雷針）、避雷器等防雷設(shè)備起作用的前提。使用歐麥安集團(tuán)-黑龍江恒電防雷工程有限公司研發(fā)的柔性接地技術(shù)，迅速創(chuàng)造一個(gè)電阻率低且穩(wěn)定的散流環(huán)境。擴(kuò)充接地網(wǎng)貯存自由電荷的能力，提升其在高頻沖擊下的耐受水平。技術(shù)所用材料“柔性接地體HD-R10”在微觀上形成一個(gè)多維萬(wàn)象的電荷運(yùn)動(dòng)通道，提升接地網(wǎng)泄放雷電流的效率。

經(jīng)測(cè)試，HD-R10耐沖擊變化率為0.36%，即使在高頻沖擊下，接地電阻仍能保持較低的數(shù)值，極大地降低了反擊跳閘的概率，保障了新能源發(fā)電的穩(wěn)定性。柔性接地體HD-R10水分含量達(dá)到65%，故在干旱地區(qū)也能使低電阻率長(zhǎng)期有效保持。材料緊密包裹金屬接地極，使之不接觸土壤和氧氣以延緩腐蝕速度。應(yīng)用此技術(shù)可延長(zhǎng)鍍鋅扁鋼六倍使用壽命。HD-R10成型后不溶于水，經(jīng)檢測(cè)符合歐盟ROHS標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)危害人體或污染野外環(huán)境。柔性接地技術(shù)施工方便，在新能源發(fā)電領(lǐng)域，尤其是風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)和運(yùn)維有著很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)適用性。在廣東、廣西、海南、貴州、云南、四川、重慶、湖南、湖北、福建、江西、山東、黑龍江、青海、新疆等多個(gè)地區(qū)的新能源發(fā)電項(xiàng)目取得大量成功案例。

2.大面積地區(qū)防雷措施：在風(fēng)電場(chǎng)、架空線路、光伏電站、水上光伏電站這類占地面積大、易受雷擊影響、難以精確排查雷擊問(wèn)題的新能源項(xiàng)目，應(yīng)使用HD-LDL雷電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這是歐麥安集團(tuán)-黑龍江恒電防雷工程有限公司研發(fā)的專利技術(shù)，與智能電網(wǎng)現(xiàn)有系統(tǒng)相兼容，可以對(duì)各處接地電阻數(shù)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)反應(yīng)鐵塔是否處于雷擊過(guò)電壓，同時(shí)做出直擊雷、反擊雷的判定。通過(guò)數(shù)據(jù)智能監(jiān)控和收集，達(dá)到經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的功能。既能減少事故排查時(shí)間和費(fèi)用，又能依據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)定位和增設(shè)防護(hù)措施，同時(shí)也能實(shí)時(shí)給出問(wèn)題癥結(jié)的原因，進(jìn)行針對(duì)性改造。

3.重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域防雷措施：可在高處安裝接閃器（避雷針），吸引雷電并將其引入地下，保護(hù)重要設(shè)備免受直擊雷的傷害。在重要設(shè)施/建筑頂部，可安裝HD-PLR等離子驅(qū)雷裝置，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)驅(qū)雷，在關(guān)鍵區(qū)域驅(qū)散雷電。HD-PLR利用陣列多針的“似尖端效應(yīng)”，在雷云電場(chǎng)的激勵(lì)下無(wú)需供電即響應(yīng)運(yùn)行，使保護(hù)目標(biāo)處于相對(duì)低而安全的電場(chǎng)中。PLR內(nèi)置的復(fù)合強(qiáng)電離放電器可以不受傳統(tǒng)消雷器“自屏蔽效應(yīng)”的抑制，電離出高濃度的等離子體，高效中和雷云底部的電荷，在云地之間形成漏電的“壞電容”，及時(shí)消除雷電先導(dǎo)，確保保護(hù)范圍內(nèi)不會(huì)誘發(fā)雷擊現(xiàn)象，保障了能源安全。在電離的過(guò)程中，正離子的上升有利于空氣凈化，負(fù)離子的下降有利于生物體的健康。接閃器和驅(qū)雷器都可安裝帶有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能的雷電預(yù)警器，可配合HD-LDL雷電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用。

4.風(fēng)機(jī)葉片防雷措施：在葉片頂端安裝HD-PLR抗雷針板，“似尖端效應(yīng)”原理同上，受到雷云激勵(lì)即改變?nèi)~片電場(chǎng)環(huán)境，消除雷電先導(dǎo)，保障風(fēng)機(jī)葉片不會(huì)引發(fā)直擊雷。PLR抗雷針板內(nèi)置的電離單元可消散雷云電荷、接地單元可使針板與大地連接，有效中和云-地電荷。此外，應(yīng)在風(fēng)機(jī)葉片上噴涂DSAN雙疏仿生涂料，超疏水、超疏油、超自潔的特性可以有效防止風(fēng)機(jī)表面形成凝露、污閃等易于引發(fā)電場(chǎng)畸變的因素。大大降低直擊雷劈擊風(fēng)機(jī)葉片的概率。

5.感應(yīng)雷防護(hù)措施：在設(shè)備的電源輸入端安裝電源浪涌保護(hù)器（電源避雷器），當(dāng)感應(yīng)雷侵入線路時(shí)，即將雷電流導(dǎo)通入大地，保障設(shè)備安全運(yùn)行。HD系列浪涌保護(hù)器響應(yīng)時(shí)間均在納秒（ns）級(jí)別。此外，需將電器設(shè)備和金屬導(dǎo)體進(jìn)行等電位連接，避免電器設(shè)備之間由于雷電形成的電位差而互相放電，避免金屬間隙發(fā)生火花放電，引起火災(zāi)等危險(xiǎn)。

6.水下的接地網(wǎng)：針對(duì)水上光伏電站、高山水電站、海上風(fēng)電機(jī)組等接地難以完成的問(wèn)題，黑龍江恒電防雷工程有限公司研發(fā)了一種應(yīng)用于水下的柔性接地極并獲得國(guó)家專利。即將金屬體芯套入特制的套管內(nèi)部，套管腔體內(nèi)澆灌入“柔性接地體HD-R10”以填充剩余空間。將整個(gè)接地網(wǎng)置于水下，用套管保護(hù)柔性接地體，用柔性接地體保護(hù)金屬接地極。所有材料符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，并保護(hù)金屬接地極免受水體腐蝕，最大限度地延長(zhǎng)接地網(wǎng)使用壽命。

7.水上/海面新能源設(shè)備防雷措施：HD-PLR等離子驅(qū)雷裝置內(nèi)部的復(fù)合強(qiáng)電離放電裝置即使在海平面最難電離的條件下仍能實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)，保護(hù)角84°，在重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)驅(qū)散雷電。PLR在沿海強(qiáng)雷暴地區(qū)、近海、島嶼、海軍基地等區(qū)域取得大量成功案例。針對(duì)凝露、鹽霧等現(xiàn)象引起的新能源金屬部件放電擊穿、腐蝕、結(jié)冰等問(wèn)題，DSAN“雙疏”仿生涂料可以有效防止部件表面形成水珠、水膜。即使是在高度潮濕的環(huán)境下仍能保持“超疏水”，確保設(shè)備表面干爽無(wú)水珠，沒(méi)有凝露放電通道，不易誘發(fā)雷擊，加強(qiáng)了新能源運(yùn)行的可靠性。

DSAN“雙疏”仿生涂料“超疏水”的特點(diǎn)也使鹽霧彌散中的含鹽液滴不會(huì)粘滯在基材表面，從根本上杜絕了電化學(xué)腐蝕的可能性。憎水遷移的結(jié)構(gòu)決定了涂料表面延遲結(jié)冰、易脫冰的特點(diǎn)，避免了嚴(yán)寒天氣冰災(zāi)的影響。此外，DSAN“雙疏”仿生涂料超疏油、超自潔的特質(zhì)也能有效防止基材表面因鳥(niǎo)糞、污閃而導(dǎo)致爬電、擊穿。DSAN“雙疏”仿生涂料施工簡(jiǎn)單，在老舊設(shè)備上也可使用，可噴涂在新能源風(fēng)機(jī)葉片、各種類型的絕緣子、絕緣套管、絕緣支柱、電力鐵塔等設(shè)備表面，有效抵御水上氣候高濕、沿海地區(qū)高鹽的惡劣環(huán)境。

四、總結(jié)

防雷工程是確保新能源發(fā)電設(shè)備安全穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)不同的需要，實(shí)施有針對(duì)性的防雷措施，即可大大降低新能源設(shè)備因雷擊而引發(fā)故障的風(fēng)險(xiǎn)，保障設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。同時(shí)，加強(qiáng)防雷工作的管理和維護(hù)，也是確保防雷系統(tǒng)長(zhǎng)期有效運(yùn)行的關(guān)鍵。

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審核編輯 黃宇