1、基于风力发电的防雷问题的思考与探讨摘 要本文首先概述了风电机组防雷保护和相关行业防雷标准，然后提出了风电机组防雷区的划分，最后详细探讨了风电机组及各部件防雷保护措施。在此提出了自己的观点和看法。 关键词风力发电； 防雷； 问题分析； 中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0333-01 一、前言 随着全球能源问题越来越严重，我国风力发电越来越受到国家电网的重视，风力发电中防雷非常关键，本文就该部分内容进行了探讨。 二、风电机组防雷保护和相关行业防雷标准 能作为一种清洁且可再生利用的新能源，备受关注，其蕴量巨大，目前最成熟、最具备规模开发条件是风力
2、发电技术，同时这也是当代人与自然和谐发展的客观要求。把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。风力发电机组是风力发电的最主要装置，它由风轮（包括尾舵） 、发电机、铁塔组成。 目前风力发电场采用的铁塔都是钢材，且其厚度大大超过规范的标准值，所以不足为虑。在机舱还装有风速计和风标，为避免遭受雷击，还应加装接闪杆。风电机组最高部分是风机叶片，雷电流泄放路径大部分会选择叶片，但当雷电流幅值较小时，也有可能会发生绕击，选择塔身作为雷击点。叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠
3、的质量、优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素，因此对风机叶片的制作及其材料提出很高的要求，即叶片必须能够承受足够大的电流，并且在叶片上添加导电性能良好、自身重量轻的类似于碳纤维的材料，用单独的线缆将叶尖叶身接闪器连接到叶根处并与塔身连接在一起，为雷电流泄放提供一个良好的通道。强度很大的雷电流在击中叶片时，可能会导致金属熔化，在雷电流路径上形成电弧发生灼蚀，特别是在叶根轴承的接触面上，最易产生电弧，引起焊接效应，因此需在其两端通过碳刷或放电间隙桥接起来。 三、风电机组防雷区的划分 风力发电是一种清洁的、为人与自然提供了和谐发展的可再生能源。由于风力发电系统工作在自然环境下，不可避免的会遭受
4、到雷电的影响，涉及的过电压保护及防雷接地问题较多。雷击是自然界中对风力发电系统安全运行危害最大的一种灾害。如雷击会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。通过对风力发电系统防雷方案的阐述，对风力发电的设计具有一定的工程实际意义。在加电涌保护器之前，还必须满足绝缘配合和防雷保护区两个规定。 1、绝缘配合 在低压供（配）电系统装置中的设备均应具有一定的耐受浪涌能力。当无法获得 400/600V 或（220/380V）三相系统各种设备的耐冲击过电压值时，可按 IEC60664-6 和 GB50057-2000 的给定指标选用。 2、防雷保护区 在不同的保护区界面上将导电体做均压等
5、电位连接，有源导体加电涌保护器连接，同时应在 LPZ0 区到 LPZ1 区处加装通过 级测试的开关型电涌保护器，以在进入建筑物内开始的地方将主要的雷电流泻放入地，且满足残压要求和导线载流力。 根据相应的防雷标准，我们将风力发电系统的内外部分分了多个电磁兼容性保护区。其中，在机舱、塔身和主控室内外可以分为LPZ0、LPZ1 和 LPZ2。 三个区。在不同的保护区的交界处，必须通过SPD 对有源线路进行等电位连接。这时才可以说，保护圈内的电子设备处在较为安全的范围内。其中在 LPZ0 区和 LPZ1 区的交界处，需采用通过类测试的 B 级 SPD 将通过电流、电感和电容耦合三种耦合方式侵入到系统内
6、部的大能量的雷电流泄放并将残压控制不于 4KV 的范围。而对于LPZ1 区与 LPZ2 的交界处，需采用通过类测试的 C 级 SPD 并将残压控制在小于 2.5KV 的范围。在 LPZ2 区与 LPZ3 区的交界处，采用 D 级 SPD 将残压控制在小于 1.5KV 的范围内。 四、风电机组及各部件防雷保护措施 风力发电机的防雷主要需要重点解决叶片和轮毂、齿轮箱、轴承、传动装置、发电机、电气部分、控制系统等雷电防护问题。针对这些不同的需要保护的设备，我们划分不同层次的防雷区域，采取接闪、泄流、接地、等电位连接、屏蔽和限压等多种防护措施，使之大幅度的提高风电机组的防雷可靠性。对于直击雷采用风电扇
7、叶设有接闪器，当雷雨云接近接闪器时，它会感应出大量的异性电荷，通过导电线和受电端向空中放电与雷雨云中的电荷中和减弱雷雨云的电场强度，达到防雷目的。如受电端果是直击雷，避雷针可以把雷电流引入大地，从而起到保护作用。 为了防护感应雷对供电线路，传输电缆和架空天线及高层导电线建筑的破坏，可以在线路上安装碳化硅阀型避雷器或金属氧化物避雷器。对于雷击电磁脉冲，是在风机附近遭受直接雷击或附近遭雷击的情况下，产生电磁辐射，其电场和磁场能够耦合到箱变系统中，从而产生干扰性的浪涌电流或浪涌电压，因此我们要加装浪涌保护器。雷电波侵入是雷电对风电埋地的电缆或架空的线缆的作用，所产生的雷电波可能沿着这些金属导体、管路
8、，特别是沿这天线或架空电线将高电位引入箱变内部造成反击。因此，对架空线需进行穿钢管，对埋地线缆要金属铠装电缆并穿钢管全线埋地引入。埋地线缆与架空线缆交界处要安装避雷器。 各种金属风电设备之间要做等电位连接，完善的等电位连接也可以消除因地电位骤然升高而产生的反击现象，这是极为重要的。对于怕电磁干扰的风电设备，用金属网、箔、壳，管等导体把需要保护的对象包裹起来，从物理意义上讲就是把闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道阻隔起来，各种屏蔽必须妥善接地。接地是闪电能量的泄放入地，它是防雷措施的基础，它又是最费工，费钱，费力的 措施，是防雷工程和难点，避雷装置安全检测的主要工作就是围绕它进行的。把闪电的巨大能
9、量引导到大地下耗散掉，需要这些防雷措施配合使用才能让风电系统受到良好的保护。 五、接地设计注意事项 雷电流包含很多高频成分，具有很强的冲击特性，这就要求接地装置有较小的接地电阻 ，还要有较小的电感，因此设计接地体的布置方式时，要同时考虑接地电阻，电感，利用系数以及各接地体之间的屏蔽效应。地基内的钢筋应该与环形接地体做好连接。风力发电机组的变压器组和箱式变压器组的周围应设置均压带。此外，要根据风力发电场的设计年限，对自然接地体和人工接地体做好防腐工作，保证接地装置的参数不致随着时间的推移而产生过大变化。对于土壤电阻率较大的场合，简单的增加接地体数量与长度是难以达到降阻效果的，还要采取使用降阻剂和
10、深井接地等多种降阻措施。 接地是防雷工程中非常重要的一项工作。在我国实施风机国产化和对国外风机引进吸收过程中，改进风机防雷和过电压设计是必要的。在风机安装前，必须充足考虑各方面因素，应当详细了解当地的水文，气象，土壤等情况，充分掌握当地的雷击事故历史，做好详细的勘察，勘测记录，进行优化设计。在做好防雷接地工程的同时，也应该做好其他的防雷设施，并保障可靠的电气连接。施工后也一定要保障后续的维护，维修工作。 六、结束语 加强对风力防雷防雷问题的研究，可以使风力发电的安全性得到保障，风力发电是我国可持续发展战略的重要组成部分，对于能源的节约具有重要意义。 参考文献 1 杨仲江.浅析风力发电的防雷问题J. 建筑工程技术与设计.2013（3）：166-168. 2 李玉照.浅谈风力发电的防雷问题J.科技创新与应用.2012（3）：16-18. 3 王文鹏.风力发电的防雷问题分析J.经验交流.2013（6）：66-69.
