英國雷擊導致海上風電場脫網事故

1、事故介紹

英國當地時間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，導致包括倫敦在內的大半個英國地區(qū)陷入癱瘓，超過100萬人無電可用。經查明，輸電線路遭到雷擊引發(fā)Hornsea One 海上風電場以及一座天然氣發(fā)電廠發(fā)生故障并脫網，進而導致大面積停電。事故的主要責任方之一是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 海上風電場區(qū)位圖

2、 事故分析與反思

事故當天，Hornsea One海上風電場和Little Barford燃氣電場先后遭到雷擊，并且?guī)缀跬瑫r脫網。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，整個風場立刻從799MW負荷降到62MW。風場模塊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。

風電場方面確認，風場電壓在發(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脫離，導致和風場合計的容量減少了1378MW。

海上發(fā)生雷電天氣不可避免，海上風電機組一般處于潮間帶和潮下帶灘涂風電場，風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：

風機葉片防雷

葉片作為風力發(fā)電機組上暴露程度最高的部件，承受了約占風機雷擊概率的15%~20%，尤其以葉尖受損居多，嚴重的雷擊甚至導致多處接閃器被擊毀，其維修費用造價大，停機時間長，給風電場的經濟財產造成巨大損失。因此需要在葉尖處鋪貼防雷金屬網，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，又能減少由旋轉摩擦而引起的摩擦電荷，然后要在葉片頂端和葉片內部安裝導電材料，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計的重要手段之一

機艙防雷

機艙內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，在機艙內不與底盤連接的所有部件都進行專門接地。機艙內軸承防雷的主要途徑是在軸承前端產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備。此外，還有屏蔽措施和等電連接也在風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，目前根據各個風電機組整機制造商所公布的海上風電運行情況，風電機組的防雷系統(tǒng)部分裝置較易發(fā)生腐蝕，與海上風電機組20年的壽命期差距較大。因此，風電機組的防雷系統(tǒng)應重視防腐處理，重點針對葉片根部、齒輪箱、主軸剎車盤滑動點處等設置防雷環(huán)。并應采用導電納米防腐材料或者金屬涂液，在不影響防雷裝置的導電性的前提下，通過處理后與濕氣和鹽霧隔絕。控制措施分析

1、加強基礎防護措施的落實

完善基礎防護措施，對于海上風電項目在建、運行中的安全穩(wěn)定性保障意義重大。建設單位應從防雷裝置的安裝，防水作業(yè)實施，設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險現(xiàn)象，確保海上風電項目的穩(wěn)定發(fā)展。

2、完善設備驗收及保險制度

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

3、提升運維人員的綜合技能，落實技術監(jiān)管

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

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，海上風電項目在建設運行發(fā)展中，完善其環(huán)保處理措施，是項目發(fā)展中的主要風險控制措施之一。例如，在項目立項選址時，應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)保風險。其次在項目設計中，應嚴格落實環(huán)保處理系統(tǒng)的設計，確保相關污水的排放，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，關于固體廢棄物的處理，企業(yè)可通過集中回收、集中環(huán)?；幚怼⒓刑盥窕蚧厥绽玫姆绞竭M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。

結語

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