風力發(fā)電機組的防雷設計

1、風力發(fā)電機組的防雷設計關鍵詞：風力發(fā)電 風機 防雷 接地 風力發(fā)電機防雷規(guī)范摘要：風電是新興的清潔能源，隨著全國各地紛紛新建的風場，風電防雷的問題逐步得到了風電企業(yè)和風電配套廠商的重視，08年我國第一份有關風電防雷的行業(yè)技術性規(guī)范風力發(fā)電機組規(guī)范由中國船級社發(fā)布，本文通過工程實踐結合該行業(yè)規(guī)范介紹一些風電防雷常見的問題及解決方案，希望能在工程實踐中起到一定作用。1. 風電防雷的組成風電的防雷主要由雷電電磁脈沖防護系統(tǒng)和直擊雷防護系統(tǒng)組成。雷電電磁脈沖防護系統(tǒng)主要針對風電的控制系統(tǒng)；直擊雷防護系統(tǒng)主要包括風塔、葉片及接地系統(tǒng)的防護。（見圖1）圖 1 風電防雷系統(tǒng)的組成從構筑物的角度進行考慮，風塔

2、可以進行l(wèi)pz進行防雷分區(qū)，按照這種分區(qū)方式同樣可以確定風塔的不同位置需要采取什么樣的防護措施。按照危險成都進行劃分：處于lpz0區(qū)的部分包括葉片、風速儀，lpz1區(qū)包括：風機（機艙）罩、塔桶內電纜、，lpz2區(qū)包括：變漿柜、控制柜、等。（見圖2）圖2 風塔的lpz分區(qū)2. 控制系統(tǒng)的防雷設計對于處于野外高雷擊風險環(huán)境的雷電電磁脈沖防護應重點考慮采用等電位、屏蔽及在控制線路上安裝spd。2.1機艙內的等電位系統(tǒng)設計 風電控制機艙內主要有變漿控制柜、制動控制柜、機械箱（齒輪箱）、液壓控制柜、發(fā)電機及傳動系統(tǒng)，由于各系統(tǒng)之間的鏈接主要是靠地板的鏈接，各金屬外殼間存在一定的接觸電阻，所以應重點做好設

3、備之間的等電位鏈接，可在用紫銅帶或者銅編織帶進行可靠的等電位鏈接。2.2屏蔽措施 屏蔽措施主要針對目前國內一些風機外科采用高強度玻璃鋼材料而言，由于雷電電磁脈沖的沖擊是在空間范圍內存在的，所以，為了減少機艙內電子設備受雷電電磁脈沖的沖擊，應采用金屬的機艙罩，削弱雷電電磁脈沖對機艙內設備的影響，減小雷電電磁脈沖的強度，同時也可有效的減少雷電電磁脈沖在線路上產生的浪涌脈沖。2.3在不同位置安裝相應的spd根據國外風場的統(tǒng)計數(shù)據表明，風電場因雷擊而損壞的主要風電機部件是控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)。雷擊事故中的4050涉及到風電機控制系統(tǒng)的損壞，1525涉及到通訊系統(tǒng)，1520涉及到風機葉片，5涉及到發(fā)電機。

4、由此可見，雷電對風機系統(tǒng)遭成的影響是不同的，進行具有針對性的防護是避免和減少事故的重要手段。按照iec61312-3、61024和61400及gb50057-1994中關于雷電流分配的推薦計算可計算出風機內部不同系統(tǒng)存在的雷擊電流強度。經過公式簡化可得出一下計算：is=imaxn公式1其中：is為流入單一系統(tǒng)的雷電流； imax為預計首次雷擊電流，其中入地50%，整個系統(tǒng)分配50%，所以本計算中直接按照50%進行計算； n為電控系統(tǒng)數(shù)量，本計算采用系數(shù)2，即電源系統(tǒng)(三項4線制，n線部分留，非屏蔽屏蔽)、信號通訊控制系統(tǒng)（3線系統(tǒng)+網線，屏蔽）。is=imaxn=1002=50ka（各系統(tǒng)分量

5、）is1=503=16.6ka（每線分流強度）is2=5011-50113=4.45-1.37=3.08ka（每線分流強度，有屏蔽層）通過計算得出，分配在電源線上的雷電電磁脈沖電流為16.6ka，分配到信息系統(tǒng)上的雷電電磁脈沖電流為3.08ka，據此，結合風機的工作特點進行避雷器的選型設計：2.3.1電源系統(tǒng)的避雷器選型：電源系統(tǒng)避雷器的選擇，首先應符合電源系統(tǒng)的工作電壓，并且最高持續(xù)運行電壓應是工作電壓的1.5-2.2倍，同流量應按照最大計算同流量增加30%冗余量進行選擇，按照1.5mw風機進行設計，定子額定電壓 690v，通流量按照16.6（1+30%）=22ka進行產品選型。電機側的避雷

6、器選型為：dehn blocmaxi1 760fm具體參數(shù)如下：項目參數(shù)交流最大持續(xù)工作電壓uc760v待添加的隱藏文字內容3標稱放電電流in（8/20）25ka保護水平up4kv工頻續(xù)流遮斷能力if10karms輪殼控制器配置電源電涌保護器：dg m tn 275項目參數(shù)交流最大持續(xù)工作電壓uc230400v標稱放電電流in（8/20）20ka保護水平up1.5kv工頻續(xù)流遮斷能力if100karms2.3.2信號系統(tǒng)的避雷器選型：信號避雷器的選擇與電源避雷器的選擇類似，信號線上的避雷器應實現(xiàn)避雷器每線通流量達到5ka，工作電壓符合系統(tǒng)運行電壓； 輪殼控制器的信號避雷器的選擇：dehn bx

7、t ml2 be c 24項目參數(shù)工作電壓ucun2433v標稱放電電流in（8/20）20ka保護水平up90v工作電流0.75a3 葉片系統(tǒng)的防直擊雷措施作為風力發(fā)電機組中位置最高的部件，葉片是雷電襲擊的首要目標，同時葉片又是風力發(fā)電機組中最昂貴的部件，因此葉片的防雷擊保護至關重要。研究結果表明葉片的完全絕緣不能降低被雷擊的風險而只能增加受損傷的程度，而在很多情況下雷擊的位置在葉尖的背面。國內某風電企業(yè)為風力發(fā)電機組的葉片研制開發(fā)了專門的防雷系統(tǒng)，由雷電接閃器和雷電傳導部分組成。雷電接閃器是一個特殊設計的不銹鋼螺桿，裝置在葉片尖部，即葉片最可能被襲擊的部位，接閃器可以經受多次雷電的襲擊，損壞后也可以方便地更換。如圖：在葉片內部，雷電傳導部分將雷電從接閃器導入葉片根部的金屬法蘭，通過輪轂傳至機艙。在輪轂的法蘭處裝有間隙放電組成的保護將雷電流迅速傳至機艙底座，釋放雷擊過電壓。4.結束語 針對風電場的防雷是個系統(tǒng)的，多領域的工程；本文介紹的也僅僅是對特例的一點分析。由于風電場防雷受選址、氣象、地質等多因素條件的影響，建議在進行風電場的系統(tǒng)