英國(guó)雷擊導(dǎo)致海上風(fēng)電場(chǎng)脫網(wǎng)事故

1、事故介紹

英國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2019年8月9號(hào)下午發(fā)生了自2003年以來(lái)最嚴(yán)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(gè)英國(guó)地區(qū)陷入癱瘓，超過(guò)100萬(wàn)人無(wú)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(chǎng)以及一座天然氣發(fā)電廠發(fā)生故障并脫網(wǎng)，進(jìn)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(tuán)，在事故發(fā)生后收到了一張超級(jí)罰單——罰款450萬(wàn)英鎊（合計(jì)4100萬(wàn)人民幣）。

圖4 Hornsea One 海上風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)和Little Barford燃?xì)怆妶?chǎng)先后遭到雷擊，并且?guī)缀跬瑫r(shí)脫網(wǎng)。一般情況下，發(fā)電機(jī)不會(huì)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(gè)風(fēng)場(chǎng)立刻從799MW負(fù)荷降到62MW。風(fēng)場(chǎng)模塊2和模塊3總計(jì)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(yùn)行。

風(fēng)電場(chǎng)方面確認(rèn)，風(fēng)場(chǎng)電壓在發(fā)生雷擊時(shí)出現(xiàn)波動(dòng)，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(chǎng)，安全保護(hù)系統(tǒng)被觸發(fā)。Little Barford燃?xì)怆娬驹谠獾嚼讚艉笠埠碗娋W(wǎng)脫離，導(dǎo)致和風(fēng)場(chǎng)合計(jì)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(jī)組一般處于潮間帶和潮下帶灘涂風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)電機(jī)組的塔筒一般高約80至100m，葉片的長(zhǎng)度也達(dá)到50至60m，由于海上環(huán)境的特殊性，風(fēng)電機(jī)組遭雷擊的概率大大提高。因此進(jìn)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(jī)葉片防雷

葉片作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上暴露程度最高的部件，承受了約占風(fēng)機(jī)雷擊概率的15%~20%，尤其以葉尖受損居多，嚴(yán)重的雷擊甚至導(dǎo)致多處接閃器被擊毀，其維修費(fèi)用造價(jià)大，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，給風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)財(cái)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(kuò)大接閃范圍，可提升防護(hù)能力。葉片首先要從選材做起，選擇既符合所要求的強(qiáng)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(jì)的重要手段之一

機(jī)艙防雷

機(jī)艙內(nèi)的各種部件通過(guò)連接螺栓可靠的連接到機(jī)艙底座的金屬支撐架上，在機(jī)艙內(nèi)不與底盤連接的所有部件都進(jìn)行專門接地。機(jī)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(duì)于沿軸傳來(lái)的雷電流實(shí)施旁路分流，使雷電流盡可能少地流過(guò)軸承。

過(guò)電壓保護(hù)

風(fēng)電機(jī)組中雷電電涌過(guò)電壓防護(hù)的基本措施之一，主要是在機(jī)組中設(shè)置電涌保護(hù)器。按保護(hù)功能可分為電源電涌保護(hù)器和信號(hào)電涌保護(hù)器，分別設(shè)置在電力（供電）線路和信號(hào)（通信）線路上，用于防止雷電電涌過(guò)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(jī)組的防雷保護(hù)中起到重要作用。

防腐蝕保護(hù)

由于海上濕氣較大，鹽霧情況比較嚴(yán)重，目前根據(jù)各個(gè)風(fēng)電機(jī)組整機(jī)制造商所公布的海上風(fēng)電運(yùn)行情況，風(fēng)電機(jī)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(jī)組20年的壽命期差距較大。因此，風(fēng)電機(jī)組的防雷系統(tǒng)應(yīng)重視防腐處理，重點(diǎn)針對(duì)葉片根部、齒輪箱、主軸剎車盤滑動(dòng)點(diǎn)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(guò)處理后與濕氣和鹽霧隔絕。控制措施分析

1、加強(qiáng)基礎(chǔ)防護(hù)措施的落實(shí)

完善基礎(chǔ)防護(hù)措施，對(duì)于海上風(fēng)電項(xiàng)目在建、運(yùn)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(shí)施，設(shè)備及線路的防潮處理，以及安全防護(hù)管理方面進(jìn)行落實(shí)。最大化地降低因防護(hù)措施實(shí)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(xiǎn)現(xiàn)象，確保海上風(fēng)電項(xiàng)目的穩(wěn)定發(fā)展。

2、完善設(shè)備驗(yàn)收及保險(xiǎn)制度

當(dāng)前我國(guó)保險(xiǎn)業(yè)的發(fā)展較為迅猛，其中在海上風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)中的設(shè)備保險(xiǎn)拓展方面，也獲得了較多的實(shí)踐機(jī)會(huì)。從安全、風(fēng)險(xiǎn)控制的角度進(jìn)行分析，完善設(shè)備驗(yàn)收及保險(xiǎn)制度，是海上風(fēng)電項(xiàng)目發(fā)展中的主要風(fēng)險(xiǎn)控制措施之一。例如，關(guān)于設(shè)備驗(yàn)收，應(yīng)從出廠驗(yàn)收，運(yùn)輸固定驗(yàn)收，以及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行落實(shí)，避免因設(shè)備出廠質(zhì)量不合格，運(yùn)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(xiǎn)事故。另外，保險(xiǎn)制度的實(shí)施，應(yīng)由運(yùn)輸單位或廠方進(jìn)行設(shè)備投保，通過(guò)購(gòu)買保險(xiǎn)的方式進(jìn)行設(shè)備保險(xiǎn)控制，以此降低設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)達(dá)到提升設(shè)備應(yīng)用質(zhì)量，提升海上風(fēng)電項(xiàng)目安全管理的目的。

3、提升運(yùn)維人員的綜合技能，落實(shí)技術(shù)監(jiān)管

首先，從海上風(fēng)電項(xiàng)目的運(yùn)維現(xiàn)狀及施工技術(shù)實(shí)施現(xiàn)狀方面考量，提升運(yùn)維人員綜合技能，落實(shí)技術(shù)監(jiān)管則為項(xiàng)目發(fā)展中風(fēng)險(xiǎn)控制的主要措施。例如，關(guān)于運(yùn)維人員的綜合技能提升，海上風(fēng)電企業(yè)可通過(guò)對(duì)外招聘的形式，以及臨時(shí)聘用的形式，進(jìn)行相關(guān)專業(yè)人才的聘用，以此確保項(xiàng)目的正常建設(shè)、施工、應(yīng)用。其次，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度進(jìn)行考量，企業(yè)還應(yīng)從加強(qiáng)現(xiàn)有人員的技能培訓(xùn)、技能考核、理論測(cè)試等方面進(jìn)行落實(shí)，以此確保相關(guān)運(yùn)維技術(shù)實(shí)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(shí)施，海上風(fēng)電項(xiàng)目可通過(guò)聘用第三方工程監(jiān)理機(jī)構(gòu)的方式，進(jìn)行項(xiàng)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(shí)減少因技術(shù)實(shí)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(dá)到提升海上風(fēng)電項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理質(zhì)量的目的。

4、完善環(huán)保處理措施

現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展離不開各類能源的應(yīng)用，同時(shí)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(jìn)行分析，海上風(fēng)電項(xiàng)目在建設(shè)運(yùn)行發(fā)展中，完善其環(huán)保處理措施，是項(xiàng)目發(fā)展中的主要風(fēng)險(xiǎn)控制措施之一。例如，在項(xiàng)目立項(xiàng)選址時(shí)，應(yīng)注重遠(yuǎn)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(xiǎn)。其次在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)環(huán)保處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(guò)集中回收、集中環(huán)保化處理、集中填埋或回收利用的方式進(jìn)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(yǔ)

從2005年開始，我國(guó)風(fēng)電行業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期，在快速發(fā)展的同時(shí)，機(jī)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(shí)，應(yīng)樹立安全管理理念，提升風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)水平，加強(qiáng)安全保障建設(shè)，推動(dòng)我國(guó)海上風(fēng)電建設(shè)穩(wěn)步發(fā)展。