青藏高原地区风力发电机组的雷电工程防护设计

 

摘要：青藏高原地区是我国风资源储备较为丰富的地区之一，对于高原地区的风电开

发也是近年来热议的一个话题。但在高原地区建设风场防雷和接地是值得重点考虑的问题，
高原地区的雷暴活动是非常活跃的，尤其冬季的干雷暴活动和高原的低气压对风力发电机
电涌保护器选型有着很大的影响；其次，风力发电机组的接地问题同样不可忽视，高原冻
土对接地系统的冻胀灾害将对风机基础、接地网选材造成破坏性的影响，本文结合高原地区
的雷暴活动特点及高原冻土特点介绍了高原地区风力发电机组的雷电防护和接地工程设计。

　　

1.高原地区建设风力发电厂的特殊性

　　地区的风资源储量超过

50 万 kW，发电量达到 12 亿 kW

•h，国内各风电投资公司对该

地区的风场投资充满了信心。而据相关资料表明，国际上目前还没有专门为海拔

4000m 的

高度设计的风力发电机组，而对于高海拔地区的低温、雷暴、冻土等多方面因素对风力发电
组的运行、寿命会存在的影响尚无实践运行数据。

　　根据国外数据和国内不完全统计数据，雷电已经成为导致风力发电机组停机的重要灾
害性因素之一，而接地占风电场土建工程投资的比例也是逐年提高。本文就这两方面问题进
行阐述。

　　

2.高原地区的雷暴活动及特征

　　雷暴活动与地理位置、气候特点有着密不可分的关系，内陆的雷暴主要是有锋面雷暴引
起的，伴有少量的气团雷暴和地形雷暴，而高原地区的雷暴主要是由地形雷暴形成的。受全
球气候变暖的影响，雷电流的强度和幅值也越来越大，

2008 年在西藏与四川交界地区曾观

测到正闪

304.2kA 和负闪 395kA；并且，青藏高原地区的雷暴日一般高于同纬度地区的雷

暴日（如图

2），雷暴日是对于该地区年雷电活动的直观记录，虽然高原地区

　　的雷暴日数多于内陆地区，但雷暴时明显低于内陆及沿海地区，样本数据表明高原地
区的平均雷暴时为

131h，而内陆地区的平均雷暴时均超过 167h，部分沿海地区的平均雷暴

时达到

200h 以上（图 3）。

　　而对于风力发电机组而言，雷暴活动周期的对雷击后的维护也具有一定影响，青藏高
原地区的雷暴初日与雷暴终日与内陆相比较同样存在较大差异，以北京地区为例：北京的
雷暴初日为

3 月 29 日，雷暴终日 11 月 4 日（数据截止 2004 年）；高原地区的雷暴初日最

早也在

3 月，雷暴终日则到了 11 月底；从风机维护角度而言，一旦风力发电机在冬季遭到

雷击，其维护的成本是相对较高的，并且要承受低压缺氧条件和低温严寒的考验。

　　当然，以上数据虽然证明了高原地区的雷暴活动时间宽度较大，但同时也说明青藏高