浅谈风力发电机组的雷电防护措施

1、    浅谈风力发电机组的雷电防护措施    林品乐 陈光健【摘要】本文首先讲述了雷电的危害，然后介绍了雷击造成的电力危害最后介绍了防雷保护设计。【关键词】发电机组，雷电防护，措施一、前言随着社会的不断发展，国家的发电方式也在不断地改进。风力发电是利用自然界的力量进行发电的，是符合国家可持续发展的。对于风力发电机组的防雷是确保安全供电的措施。二、雷电的危害1、直击雷带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。它的破坏力十分巨大，若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害火灾、建筑物损坏、电子电气

2、系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。2、雷电波侵入雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此，往往在听到雷声之前，我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。3、感应过电压雷击在设备设施或线路的附近发生，或闪电不直接对地放电，只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷时，在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。雷击放电于具有避雷设施的建筑物时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泄放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁

3、场，轻则造成电子设备受到干扰，数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。4、系统内部操作过电压因断路器的操作、电力重负荷以及感性负荷的投入和切除、系统短路故障等系统内部状态的变化而使系统参数发生改变，引起的电力系统内部电磁能量转化，从而产生内部过电压，即操作过电压。操作过电压的幅值虽小，但发生的概率却远远大于雷电感应过电压。实验证明，无论是感应过电压还是内部操作过电压，均为暂态过电压（或称瞬时过电压），最终以电气浪涌的方式危及电子设备，包括破坏印刷电路印制线、元件和绝缘过早老化寿命缩短、破坏数据库或使软件误操作，使一些控制元件失控。5、地电位反击如

4、果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施，接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分，流向供电系统或各种网络信号系统，或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统，从而反击破坏或损害电子设备。同时，在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。三、雷击造成的电力危害1、降低效益从当前电力行业的发展状况看，自然界雷击问题给风力发电机组带来的危害表现在安全生产上，如：设备安全、人员安全等，这些都给电力企业造成了较大的经济损失。此外，在设备维修上也会增加风力发电的成本，不利于电力企业长期的电能生产运行。2、损坏设备风

5、力发电机组遭受外在雷击之后，最直接的则是对整个设备造成强电流刺激。若雷击电流过小，则一般只会对机组表面轻微损坏；若雷击电流过大，则容易破坏发电机组内部的线路连接情况，阻碍了机组的正常运行而破坏电力系统的正常性能发挥。3、意外事故安全生产是我国电力行业坚持的理念准则，但由于风力发电机组是野外作业，在运行期间电力人员会对发电机组进行维修处理，若受到雷电袭击很容易造成人员意外事故。此外，风力发电机组受到雷击破坏后整体性能下降，给安全生产也买下了隐患。四、防雷保护设计现代防雷技术涉及到许多行业，其中有使用维护系统、设计施工系统、设备生产制造系统、防雷装置生产、检测系统等。从技术角度上看也是一系统工程。

6、系统结构愈合理，系统的各个组成部分（或要素）之间的有机结合就越合理，相互之间的作用就越协调，才能使整个系统在总体上达到最佳的运行状态。比如防雷设计首先要从被保护物所在地理、气象环境出发，要从被保护物的重要性和复杂性以及雷击的后果严重程度出发。在设计中要考虑现有的保护装置的有效利用，要与供电系统的型式、暴露程度，所有线缆的架设，设备自身的耐压水平，选用防雷装置的特性及其有机配合，以及装设后对设备的正常工作是否产生不允许的影响，雷击发生后的反应和自复能力等等复杂的因素进行综合考慮，当然，还应考虑投资与效益的关系。按照防雷保护分区的概念，一个综合防雷系统包括：外部防雷保护系统：接闪器、引下线、接地系

7、统。内部防雷保护系统：防雷击等电位连接、电涌保护、屏蔽措施。1、防雷接地风力发电机组的特点是整机全部由大部件的钢构材料组成，如塔筒、发电机、齿轮箱、轴承等，当机组遭到直击雷时，整机电位瞬态抬升，雷电流通过叶片变桨轴承、轮毂、主轴到偏航齿轮、塔筒、基础环向大地泄放电荷，这时作为整机参考地面积最大的塔筒上将产生几千伏甚至上万伏的瞬态电压，如果整机中某部分的等电位工艺所采用接地线的阻抗不一致，则有可能造成阻抗较低端因高电位反击击穿造成设备损坏。从防雷观点出发，风力发电机组宜设一共用接地体，即避雷针与塔架共用接地系统。接地体的布置一般可采用基础接地体或人工环形接地体。为了防止地电位反击，引下线与接地装

8、置连接时，应连接到接地装置的边缘部分，形成共地不共线，机组接地电阻的大小直接影响机组在接闪后是否会造成地电位反击的重要参数。同样是遭雷击，接地电阻低的机组电控系统没有任何损坏；而接地电阻高的机组，大多造成电控设备的损坏。还有一些防雷公司将风场接地全部联合起来形成大地网，而实际情况确却是，当这个大地网上的某一机组遭雷击后，相邻机组由于接地电阻不同而受到地电位反击，此类事故在很多采用多机联合的风场中非常常见。2、电子信息系统防护（一）、电磁屏蔽电力和信息回路线缆由机舱到地面网柜、变流器、塔底控制柜处应采取屏蔽电缆或穿入接地铁管，使反击率降低。各回路应在柜内采取相应的防雷击电磁脉冲措施。对发电机系统

9、，继电保护和控制系统、通信和信号以及计算机系统都应安装相应的电涌保护器（spd）加以保护。各电气柜应采用金属薄板制作，并将每个电控柜用不小于16mm2的多股塑铜线与接地端子连接，这样可以有效地防止电磁脉冲干扰（二）、机舱内各种机柜的防护各种机柜内的进线、出线处通过雷击风险评估后，根据评估结果进行设计，根据建筑物信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级，风力发电机可以定为b级防护。在被保护的设备处加装三级浪涌保护器。第一级采用开关型的电涌保护器，第二级和第三级采用限压型的电涌保护器。且各参数必须符合规范要求的最小值。（三）、塔底设备柜的防护在易遭受直击雷的部位加装通过一级分类试验的电源避雷器，在舱底的设备柜内加装通过二级分类试验的电源避雷器，在弱点设备的电源处还应加装通过三级分类试验的电源避雷器，使设备得到充分的保护。在采取三级保护措施的同时，还应注意各级spd能力匹配的问题，根据规范要求，当电压开关型浪涌保护器至限压型浪涌保护器之间的线路长度小于10m、限压型浪涌保护器之间的线路长度小于5m时，在两级浪涌保护器之间应加装退耦装置。五、结束语风力发