風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的防雷設(shè)計

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的防雷設(shè)計關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電 風(fēng)機(jī) 防雷 接地 風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷規(guī)范摘要：風(fēng)電是新興的清潔能源，隨著全國各地紛紛新建的風(fēng)場，風(fēng)電防雷的問題逐步得到了風(fēng)電企業(yè)和風(fēng)電配套廠商的重視，08年我國第一份有關(guān)風(fēng)電防雷的行業(yè)技術(shù)性規(guī)范風(fēng)力發(fā)電機(jī)組規(guī)范由中國船級社發(fā)布，本文通過工程實踐結(jié)合該行業(yè)規(guī)范介紹一些風(fēng)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(fēng)電防雷的組成風(fēng)電的防雷主要由雷電電磁脈沖防護(hù)系統(tǒng)和直擊雷防護(hù)系統(tǒng)組成。雷電電磁脈沖防護(hù)系統(tǒng)主要針對風(fēng)電的控制系統(tǒng)；直擊雷防護(hù)系統(tǒng)主要包括風(fēng)塔、葉片及接地系統(tǒng)的防護(hù)。（見圖1）圖 1 風(fēng)電防雷系統(tǒng)的組成從構(gòu)筑物的角度進(jìn)行考慮，風(fēng)塔

2、可以進(jìn)行l(wèi)pz進(jìn)行防雷分區(qū)，按照這種分區(qū)方式同樣可以確定風(fēng)塔的不同位置需要采取什么樣的防護(hù)措施。按照危險成都進(jìn)行劃分：處于lpz0區(qū)的部分包括葉片、風(fēng)速儀，lpz1區(qū)包括：風(fēng)機(jī)（機(jī)艙）罩、塔桶內(nèi)電纜、，lpz2區(qū)包括：變漿柜、控制柜、等。（見圖2）圖2 風(fēng)塔的lpz分區(qū)2. 控制系統(tǒng)的防雷設(shè)計對于處于野外高雷擊風(fēng)險環(huán)境的雷電電磁脈沖防護(hù)應(yīng)重點考慮采用等電位、屏蔽及在控制線路上安裝spd。2.1機(jī)艙內(nèi)的等電位系統(tǒng)設(shè)計 風(fēng)電控制機(jī)艙內(nèi)主要有變漿控制柜、制動控制柜、機(jī)械箱（齒輪箱）、液壓控制柜、發(fā)電機(jī)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(yīng)重點做好設(shè)

3、備之間的等電位鏈接，可在用紫銅帶或者銅編織帶進(jìn)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(nèi)一些風(fēng)機(jī)外科采用高強(qiáng)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(nèi)存在的，所以，為了減少機(jī)艙內(nèi)電子設(shè)備受雷電電磁脈沖的沖擊，應(yīng)采用金屬的機(jī)艙罩，削弱雷電電磁脈沖對機(jī)艙內(nèi)設(shè)備的影響，減小雷電電磁脈沖的強(qiáng)度，同時也可有效的減少雷電電磁脈沖在線路上產(chǎn)生的浪涌脈沖。2.3在不同位置安裝相應(yīng)的spd根據(jù)國外風(fēng)場的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，風(fēng)電場因雷擊而損壞的主要風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)控制系統(tǒng)的損壞，1525涉及到通訊系統(tǒng)，1520涉及到風(fēng)機(jī)葉片，5涉及到發(fā)電機(jī)。

4、由此可見，雷電對風(fēng)機(jī)系統(tǒng)遭成的影響是不同的，進(jìn)行具有針對性的防護(hù)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(guān)于雷電流分配的推薦計算可計算出風(fēng)機(jī)內(nèi)部不同系統(tǒng)存在的雷擊電流強(qiáng)度。經(jīng)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(yù)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(jìn)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(wǎng)線，屏蔽）。is=imaxn=1002=50ka（各系統(tǒng)分量

5、）is1=503=16.6ka（每線分流強(qiáng)度）is2=5011-50113=4.45-1.37=3.08ka（每線分流強(qiáng)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(jù)此，結(jié)合風(fēng)機(jī)的工作特點進(jìn)行避雷器的選型設(shè)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(yīng)符合電源系統(tǒng)的工作電壓，并且最高持續(xù)運行電壓應(yīng)是工作電壓的1.5-2.2倍，同流量應(yīng)按照最大計算同流量增加30%冗余量進(jìn)行選擇，按照1.5mw風(fēng)機(jī)進(jìn)行設(shè)計，定子額定電壓 690v，通流量按照16.6（1+30%）=22ka進(jìn)行產(chǎn)品選型。電機(jī)側(cè)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標(biāo)稱放電電流in（8/20）25ka保護(hù)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(hù)器：dg m tn 275項目參數(shù)交流最大持續(xù)工作電壓uc230400v標(biāo)稱放電電流in（8/20）20ka保護(hù)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(yīng)實現(xiàn)避雷器每線通流量達(dá)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 bxt ml2 be c

7、24項目參數(shù)工作電壓ucun2433v標(biāo)稱放電電流in（8/20）20ka保護(hù)水平up90v工作電流0.75a3 葉片系統(tǒng)的防直擊雷措施作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中位置最高的部件，葉片是雷電襲擊的首要目標(biāo)，同時葉片又是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最昂貴的部件，因此葉片的防雷擊保護(hù)至關(guān)重要。研究結(jié)果表明葉片的完全絕緣不能降低被雷擊的風(fēng)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(nèi)某風(fēng)電企業(yè)為風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(dǎo)部分組成。雷電接閃器是一個特殊設(shè)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(jīng)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(nèi)部，雷電傳導(dǎo)部分將雷電從接閃器導(dǎo)入葉片根部的金屬法蘭，通過輪轂傳至機(jī)艙。在輪轂的法蘭處裝有間隙放電組成的保護(hù)將雷電流迅速傳至機(jī)艙底座，釋放雷擊過電壓。4.結(jié)束語 針對風(fēng)電場的防雷是個系統(tǒng)的，多領(lǐng)域的工程；本文介紹的也僅僅是對特例的一點分析。由于風(fēng)電場防雷受選址、氣象、地質(zhì)等多因素條件的影響，建議在進(jìn)行風(fēng)電場的系統(tǒng)