随着风电整机出质保的比例不断增加,机组、叶片因雷损失的比例也不断扩大。2014年业主统计发下按有200余只叶片损坏,其中因雷损失比例高达80%。造成目前叶片因雷损失比例增高的主要原因是叶片防雷设计基本没有进行雷击设计验证、叶片防雷系统有效接闪率低、接闪器设计冗余不足导致的。本文将对叶片的因雷损失进行分析,并提出一种针对既有叶片的防雷改造方案。
1、叶片防雷系统的缺陷
叶片防雷是一个近年逐渐被提及的问题,早期对于叶片厂、业主而言很少会提及叶片的防雷问题,主要原因在于装机总量低,因雷导致的叶片损坏比例小。而随着全国装机总量的不断突破,装机密度的不断增加,雷电灾害引起的防雷问题,逐渐得到了业主、叶片厂和行业的重视。早期的叶片主要被国外企业所控制,对于国外企业的叶片防雷系统设计耐受水平较低,并不适用与高雷暴活动区域。主要原因在于:以欧洲为代表的叶片制造企业所处的为主均泉流雷电活动较低的地区,年均雷暴活动密度不足每平方公里5个闪电(地闪),这个数据从德国和丹麦多年雷击统计可以发现,在德国和丹麦多年统计的雷击数据总量不如我国一年发生雷击总量;在这种气候条件背景下,国外的叶片防雷设计一直处于较低的耐受水平。而对于国内,我国多数地区属于强雷暴活动区域,加之装机密度高,单位区域的雷电活动比例远远高于国外,因此,采用较低防雷耐受水平的产品在国内必然会出现水土不服的问题,叶片因雷损坏率高就说明了这个问题。
其次,从技术从面上看,早期的叶片防雷系统并没有进行防雷系统的实验验证。无法从叶片的出厂报告中获知叶片防雷系统的有效接闪率是多少,叶片可耐受的超值雷电流峰值是多少。任何应用于风电行业的产品都是经过试验验证的,而最为重要部件的叶片防雷系统却很少听到有那个厂家做过叶片的雷击试验验证。这就导致了行业中叶片防雷系统有效接闪率低下、防雷系统无效的现状。
第三,作为叶片防雷系统中最为重要的接闪器、引下线均没有做过任何电流载荷测试。在一个标称为可耐受首次雷击200KA的叶片上我们发现,在通过40KA雷电流的时候接铝合金闪器就已经出现了严重金属升华,造成叶片表面蒙皮因高温造成开裂及损伤。
2、叶片雷击损伤的特点
风电叶片根据其损伤的特点可以分为机械性损伤与电气性损伤两种,而机械性损伤又可以根据损伤程度的不同分为功能性损伤和可修复性损伤;电气性损伤可以分为功能性损伤和可修复性损伤。以下我们进行详细的阐述。