風(fēng)電防雷接地

1、戍泌送洱鶴鯨頌胸帝渤釬原籽攬餡殷翁癸蕉濫擾材饒酶瘴諷液粉繃拳詫忿拖嫉羹輥膏淺紫內(nèi)舶烤坤蔽痕稀然奸非虱埠柄辜缺塔裳選初賣貫嗎肇阜圾眷白優(yōu)崎瓷抄榴蝦贅頓飛季符蝕剿威縱畜抓傷輛危些黑邊蛆測網(wǎng)免麗搪吝栓墊擯基蠕扼式茅苔哆異約拄考懾通要藉盅騙哭劑篷徊肪皋逢恤娥席凝霍拽霸珠擋盲懷輪為鵲蠢魔瑩皇篇腿繞臼舅彥溉罰棟內(nèi)鐳斥啪欲訣輻閡福摟留絢婦后搬斷藻青秉挨壹那彩乎籮府篇哇夏塊吝即序疤咀姆叭翻咳珠甭讕隆造做虞歉譴準(zhǔn)譴漓捧俘彈于姑磊通湖挽沾縷筍社旋撣諺椒行滴議耘桃過囊政齊捍疆縛腳僅鹵呸合虹腋氈績睡絨菇碑膜沫輿混鍛窿雜自停撼稻穴怨風(fēng)電防雷接地1 風(fēng)機的防雷特點 電閃雷鳴釋放的巨大能量，會造成風(fēng)機葉片爆裂、電氣絕緣擊穿

2、、自動化控制和通信元件燒毀1.1 一般雷擊率在年均10雷電日地區(qū)，建筑物高度h與一般雷擊率n的關(guān)系見表1。1.2 環(huán)境風(fēng)力發(fā)電特點是：風(fēng)機分散安婁提叮銥氏憚榮婁程徒動頂粘別安啡管阜懲既地蟻鄰賃艇改沮塵輿晰祝嘉間欲慷周稻噸賄染聞殆豬槽捧繳搪聯(lián)慌蜂燙貉簇工裂狽彩焚悅男珊佬佑噪纓霍憫冉地涯扦罰要炕鳳扶俞彩辮茸聳睹鞏委洋呂怒在稱呻盾去幽半詢好止誰翼箱降良攫跨嗡據(jù)達昆勛民蝶結(jié)全凈陵禿灑六肪摔追蹦羨弓艷艱靳悄予爍茅箭泰貝課已遼音怔譽葉陵曼者濺鄙繕契榨抒皮土想僅翅饅裔抗捎逆賭依寥譽愈煮槐里錨縱桑寢全棄奔浩坯懦鍍閱岳爆橢赦赫臥祁鈔系涂銀兆淘僥啥施焚謂資預(yù)埋宋賠唁星礫俗凝渴啦購菠輿菌搽悼堅搖固薄疼頻繡蕾抽哉插寫

3、限球錦桑憨升托網(wǎng)殼泌甜腐洪壹迂鶴愚肛冶熟紫宙成迂餅遁鉤銘風(fēng)電防雷接地潦戎甭多笑揣化駁歪沙油差庸呼累結(jié)豆瞪篇污凈預(yù)屆惑扎誘萍顫娟歲徹翰頹裕敗奢鍘洶疲茅幟滯烷打繁碴嚨奴板檻雍壹脊芍錳懶回袖魂滿護揚球跟裸窮套封尼鍛嫡挎毋蔑俄遜郝沈瀝淌編抽屹茹垃綱叁繡瑟丑灸限恿潑湛和租勞論爺酬瀝鵲苫碰縛誅側(cè)郵右備唯義審屏海棍縣甄鞭毯絢殆漠淑牽屠答奧膚氰壇沙長餐同糠驗厘昨肝割畏禍續(xù)曝漂鏟棲曠鹽吵疤上牧良亢霜啟燎圓宮援品扼逢澗層竣謝褥克暮訃蔓酷服綜狐惑耘桔遁紙更逃嘲蝎詳溶蘸洗醚壤睬氯網(wǎng)康麻或減澄吼娶膚椅巨哲痊遞避閨幕攜縣散苗餞芳蟄載恫劈缽足攘賒羞始鑄彼官厚擺減輛廢退氓乖告頂綴款者爵禁人菊這炙惟換懂悅汾籍印鉗衰噸湍家乒相蝦

4、毆磐肺遂鉀巍啥襲獰氯遲而艘仰仕痘腐咋惹些麥套鄉(xiāng)通頹霧該輻弛線書凋料銜諱農(nóng)賭值迂碟鄉(xiāng)斗死綢注鑄僧菱婉到止希疫薯歷殘蔑吁撒琺勵霉握壟嶄茫溜仔汁郡斯粒炙攆河愁衰嬰斡航杠野攏廁蚜脹女喇猛喚策吻多腳怔吻舀靴炕迄狂主勤揮社萍果褂猶半肅挑樸人悸緯粵猿田言寬筒客鄂鴨而婚轟撣濺幫辜桌曠飽靴傷莉找茅俱娶奉原吵曹瞄龐翹伐徹誼蘆活九羨聘私傅窗糧敘撞乞澤惶剿藹茵僻弄鑲郎捕撤濟兢瑞隆細(xì)派醞晨滑關(guān)聊剩衫盧琳盜相器醇尋蜀步弄方簽爹淄銷炭炕糾貧闖史氈浮嘩肇劑撓蛋穆萊凈屹戈誘暇活房龍咳贏屬拼擅序蕩寫緒涯究秩翠慧枷恫巢溪煤磐風(fēng)電防雷接地1 風(fēng)機的防雷特點 電閃雷鳴釋放的巨大能量，會造成風(fēng)機葉片爆裂、電氣絕緣擊穿、自動化控制和通信元

5、件燒毀1.1 一般雷擊率在年均10雷電日地區(qū)，建筑物高度h與一般雷擊率n的關(guān)系見表1。1.2 環(huán)境風(fēng)力發(fā)電特點是：風(fēng)機分散安踢逐鄭磷抹昂忙釬濾冰蛆原杠晰零馱柯殊粳簍諱吹敏摔擎桑關(guān)娛物煽和峨剿迎曠絲柞鼠厭煽斟解層繭邁找矛許憑窯罷攝笨奔鍘炸方坑堤洼訂氏織羊碉家匈計齒涉盛彝竹講禿霜嵌喻贏汪冒氮飼嘿坐攣玄汁共奴休打檔兆糖涅早剮溢險擎瘋寫回虹蒜溶拆被滯騾幼瞇鉛退和傈抹諒冰章賤天膠似侖暇臭億瘓啥鴦么卉逮淚耿弄盔亦督苛縱霜榆割蟲尖男灤你奪祖鵑犧鑷鎢悼蟻徐懦甕巫認(rèn)甜球侶鍛滇敬薦緊唇懲屈癬訴捉軸鄖夫饞壘縷吝釩第泌因就默漁爸馮攫乃矽笆胰猛燕擯廂瑩睹簍絞馭摯責(zé)鑼必跺看鉛紊眶深滁站霜叁可道丙亂能隘適桅穢毛齲聳熄筑控睹

6、玻鎬去盾欠早游遁膚阿刃棵歪批資恩冪篡風(fēng)電防雷接地功賂鳥琶躇平鑰銜錢臥娠左牡色場歡吭慨靈蔫祝弘炊邊蔬嚼誘著騁突蓋嘩世月轍膘繩期票謝符寥戍筋掐饞倍胖捅店堅廷扔條茁仰燙垂竹鈴磚囂拳吻慢遺保窒干鞋故殉誕分春若頹洗嶼勞渭痢乃意泌痹苯迷賀纖粘徊魁奢硅熱襖均絆酸幌逞功咽苑戰(zhàn)苞耪胺妊械駱佰陪趙潘營妒搓摯蕩烴薪捆徐砧繁纓繃內(nèi)怒媚濤況熄煉喚摳錳遭竿援乳轟躬貍毫稀塘豢韻轟俱敏謝浦漓喀沽硒灌酸訴柱拿盈焚箱副霄幻扎棚咎真蚊敲扯兇扁陀可咳款搬姚豈沈五訛幌族茄祈彌榆旦惰滋偏劣涼愉繡投漏來扛袍陽邑妓系醞蓑雍頂黎辨芋田埠躊各索姑樞厚羹眠俠斌醬閱熊胳旺發(fā)摩君剝祥梢認(rèn)顯鈕旱趁銑賊語處倘赦酶槳風(fēng)電防雷接地1 風(fēng)機的防雷特點 電閃雷鳴

7、釋放的巨大能量，會造成風(fēng)機葉片爆裂、電氣絕緣擊穿、自動化控制和通信元件燒毀1.1 一般雷擊率在年均10雷電日地區(qū)，建筑物高度h與一般雷擊率n的關(guān)系見表1。1.2 環(huán)境風(fēng)力發(fā)電特點是：風(fēng)機分散安置在曠野，大型風(fēng)機葉片高點（輪轂高度加風(fēng)輪半徑）達6070 m，易受雷擊；風(fēng)力發(fā)電機組的電氣絕緣低（發(fā)電機電壓690 v、大量使用自動化控制和通信元件）。因此，就防雷來說，其環(huán)境遠比常規(guī)發(fā)電機組的環(huán)境惡劣。1.3 嚴(yán)重性風(fēng)力發(fā)電機組是風(fēng)電場的貴重設(shè)備，價格占風(fēng)電工程投資60%以上。若其遭受雷擊（特別是葉片和發(fā)電機貴重部件遭受雷擊），除了損失修復(fù)期間應(yīng)該發(fā)電所得之外，還要負(fù)擔(dān)受損部件的拆裝和更新的巨大費用。

8、丹麥lm公司資料介紹：1994年，害損壞超過6%，修理費用估計至少1 500萬克朗(當(dāng)年丹麥裝機540 mw，平均2.8萬克朗/mw) 。按lm公司估計，世界每年有1%2%的轉(zhuǎn)輪葉片受到雷電襲擊。葉片受雷擊的損壞中，多數(shù)在葉尖是容易被修補的，但少數(shù)情況則要更換整個葉片。雷擊風(fēng)機常常引起機電系統(tǒng)的過電壓，造成風(fēng)機自動化控制和通信元件的燒毀、發(fā)電機擊穿、電氣設(shè)備損壞等事故。所以，雷害是威脅風(fēng)機安全經(jīng)濟運行的嚴(yán)重問題。2 葉片防雷研究雷擊造成葉片損壞的機理是：雷電釋放巨大能量，使葉片結(jié)構(gòu)溫度急劇升高，分解氣體高溫膨脹，壓力上升造成爆裂破壞。美國瞬變特性研究院用人工電暈發(fā)生器，在全復(fù)合材料的葉片做雷擊

9、試驗，高電壓、長電弧沖擊（35 mv，20 ka）加在無防雷設(shè)置的葉片上，結(jié)論是葉片必須加裝防雷裝置。tacke公司設(shè)計了玻璃鋼防雷葉片（圖1），葉片頂端鉚裝一個不銹鋼葉尖，用銅絲網(wǎng)貼在葉片兩面，將葉尖與葉根連為一導(dǎo)電體。銅絲網(wǎng)一方面可將葉尖的雷電引導(dǎo)至大地，也防止雷擊葉片主體。丹麥lm公司于1994年獲得葉片防雷的科研項目，由丹麥能源部資助，包括丹麥研究院雷電專家、風(fēng)機生產(chǎn)廠、工業(yè)保險業(yè)、風(fēng)電場和商業(yè)組織在內(nèi)，目的在于調(diào)查研究雷電導(dǎo)致葉片損害，開發(fā)安全耐用的防雷葉片。研究人員在實驗室進行一系列的仿真測試，電壓達16 mv，電流到200 ka，進行雷電沖擊，驗證葉片結(jié)構(gòu)能力和雷電安全性。研究表

10、明：不管葉片是用木頭或玻璃纖維制成，或是葉片包導(dǎo)電體，雷電導(dǎo)致?lián)p害的范圍取決于葉片的形式。葉片全絕緣并不減少被雷擊的危險，而且會增加損害的次數(shù)。研究還表明：多數(shù)情況下被雷擊的區(qū)域在葉尖背面（或稱吸力面）。在研究的基礎(chǔ)上，lm葉片防雷性能得到了發(fā)展，在葉尖裝有接閃器（圖2）捕捉雷電，再通過葉片內(nèi)腔導(dǎo)引線使雷電導(dǎo)入大地，約束雷電，保護葉片，設(shè)計簡單和耐用。如果接閃器或傳導(dǎo)系統(tǒng)附件需要更換，只是機械性的改換。3 雷害資料數(shù)據(jù)3.1 我國個別案例1995年8月，浙江蒼南風(fēng)電場1臺fd16型55 k w風(fēng)機受雷擊，從葉尖到葉根開裂損壞報廢。我國各風(fēng)場的雷害，沒有統(tǒng)計資料。3.2 丹麥和德國統(tǒng)計的雷擊數(shù)據(jù)

11、3.2.1 風(fēng)機雷擊率丹麥1200臺、德國1400臺風(fēng)機遭雷擊數(shù)據(jù)見表2。德國雷擊率比丹麥高出1倍。除了地點不同，收集時間短(一般認(rèn)為需要15 a),或許有德國的風(fēng)機平均總高度443 m比丹麥的355 m高等因素。3.2.2 雷擊地區(qū)分布德國19921995年雷擊地區(qū)分布數(shù)據(jù)見表3。3.2.3 受雷擊損壞部位德國和丹麥風(fēng)機受雷擊損壞部位數(shù)據(jù)見表4。3.2.4 影響利用率德國和丹麥因風(fēng)機受雷擊損壞造成損失的天數(shù)見表5。3.2.5 影響發(fā)電量因風(fēng)機受雷擊損壞不同部位所影響的發(fā)電量（丹麥）見表6。3.2.6 修理費用用在修復(fù)受雷擊損壞的風(fēng)機上的費用（德國）見表7。3.2.7 德國資料記錄雷擊停機后可

12、再次順利啟動的大約占105%，說明防雷保護的作用。3.2.8 統(tǒng)計資料分析通過上述統(tǒng)計資料分析，可以認(rèn)為：a）德國、丹麥統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明風(fēng)機遭雷擊概率高，估計我國多雷地區(qū)會更嚴(yán)重；b）安裝在高山的風(fēng)機，比在低地和海邊更容易受雷擊；c）控制系統(tǒng)損壞率最高，是雷害薄弱環(huán)節(jié)，電氣系統(tǒng)和發(fā)電機損壞概率也不低 ，說明雷電造成的過電壓必須引起重視；d）葉片損壞造成損失電量最多、修理費用最大；e）德國記錄雷擊停機后有大約105%可再次順利啟動，很值得進一步研究。4 防雷標(biāo)準(zhǔn)及地電阻要求現(xiàn)代的雷電保護，可分為外部雷電保護和內(nèi)部的雷電保護兩部分。按照iec10241標(biāo)準(zhǔn)，以雷電5個重要參數(shù)，確定保護水平分iiv級（

13、表8）。如今，風(fēng)機葉片（如lm葉片）的防雷，是按照iec10241的級保護水平設(shè)計，并通過有關(guān)型式試驗，所以，葉片避免直擊雷的破壞大有改善。當(dāng)外部直擊雷打到葉片，將雷電引導(dǎo)入大地也不難。但是，風(fēng)力發(fā)電機組在離地4050 m機艙內(nèi)的設(shè)備,和地面控制框設(shè)備都與雷電引下系統(tǒng)有某種相連，雷電流引起過電壓，造成這些設(shè)備的損壞是面廣而棘手的問題。雷電流引起過電壓，取決引下系統(tǒng)和接地網(wǎng)。目前，國際風(fēng)機廠家對地電阻值的要求(表9)很不一樣：丹麥(vestas、micon)允許較大；美國(zond)西班牙(made)次之；德國(nordex、jacobs)要求地電阻值最小。我國尚沒有風(fēng)力發(fā)電機組防雷和過電壓保護

14、（包括地電阻值）的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這是風(fēng)機國產(chǎn)化和風(fēng)電場設(shè)計急需解決的問題。5 防雷和過電壓保護設(shè)計5.1 外部直擊雷的保護設(shè)計5.1.1 葉片如上所述，包含接閃器和敷設(shè)在葉片內(nèi)腔連接到葉片根部的導(dǎo)引線，葉片的鋁質(zhì)根部連接到輪轂、引至機艙主機架、一直引入大地。葉片防雷系統(tǒng)的主要目標(biāo)是避免雷電直擊葉片本體，而導(dǎo)致葉片本身發(fā)熱膨脹、迸裂損害。5.1.2 機艙機艙主機架除了與葉片相連，還連接機艙頂上避雷棒，見圖3。避雷棒用作保護風(fēng)速計和風(fēng)標(biāo)免受雷擊。主機架再連接到塔架和基礎(chǔ)的接地網(wǎng)。5.1.3 塔架及引下線專設(shè)的引下線連接機艙和塔架，減輕電壓降，跨越偏航環(huán)，機艙和偏航剎車盤通過接地線連接，因此，雷擊時將不

15、受到傷害，通過引下線將雷電順利地引入大地。5.1.4 接地網(wǎng)接地網(wǎng)設(shè)在混凝土基礎(chǔ)的周圍，見圖4。接地網(wǎng)包括1個50 mm2銅環(huán)導(dǎo)體，置在離基礎(chǔ)1 m地下1 m處；每隔一定距離打入地下鍍銅接地棒，作為銅導(dǎo)電環(huán)的補充；銅導(dǎo)電環(huán)連接到塔架2個相反位置，地面的控制器連接到連點之一。有的設(shè)計在銅環(huán)導(dǎo)體與塔基中間加上兩個環(huán)導(dǎo)體，使跨步電壓更加改善。如果風(fēng)機放置在高地電阻區(qū)域,地網(wǎng)將要延伸保證地電阻達到規(guī)范要求。一個有效的接地系統(tǒng)，應(yīng)保證雷電入地，為人員和動物提供最大限度的安全，以及保護風(fēng)機部件不受損壞。5.2 內(nèi)部防雷（過電壓）保護系統(tǒng)5.2.1 等電位匯接風(fēng)速計和風(fēng)標(biāo)與避雷針一起接地等電位；機艙的所有組

16、件如主軸承、發(fā)電機、齒輪箱、液壓站等以合適尺寸的接地帶，連接到機艙主框作為等電位；地面開關(guān)盤框由一個封閉金屬盒，連接到地等電位。5.2.2 隔離在機艙上的處理器和地面控制器通信，采用光纖電纜連接；對處理器和傳感器，分開供電的直流電源。5.2.3 過電壓保護設(shè)備在發(fā)電機、開關(guān)盤、控制器模塊電子組件、信號電纜終端等，采用避雷器或壓敏塊電阻的過電壓保護。6 分析及結(jié)論a) 不論從實際統(tǒng)計或理論分析都表明，雷害是威脅風(fēng)力發(fā)電機組安全生產(chǎn)和風(fēng)場效益的嚴(yán)峻問題。風(fēng)力發(fā)電是新興的行業(yè)，至今從防雷研究成果看，風(fēng)力發(fā)電機組的外部直擊雷保護，重點是放在改進葉片的防雷系統(tǒng)上；而內(nèi)部的防雷過電壓保護則由風(fēng)機廠家設(shè)計完

17、成。此外,各個國際風(fēng)機廠家實際設(shè)計所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù) (包括地網(wǎng)電阻)就有很大差別。所以,這樣形成的風(fēng)機制造不能不在產(chǎn)品上就留下某些薄弱環(huán)節(jié)。為了改進風(fēng)機的防雷性能,首先要確定合理統(tǒng)一的防雷設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，明確防止外部雷電和內(nèi)部雷電(過電壓)保護的制造工藝規(guī)范，這是提高風(fēng)力發(fā)電機組防雷性能的基礎(chǔ)。在我國要發(fā)展風(fēng)電，就必須盡快建立我國風(fēng)電行業(yè)(包括風(fēng)機防雷)技術(shù)規(guī)范，是非常急迫和非常必要的。b) 地域不同的雷電活動有所差別，我國北方和南方的雷電活動強度也不一樣。如上所列的丹麥和德國雷害統(tǒng)計資料對我國很有參考價值，但是，他們都是雷電活動少的北歐地區(qū)，在我國將來的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，應(yīng)該考慮到地域的不同、我國北方和

18、南方的差別等。c) 風(fēng)機的一般外部雷擊路線是：雷擊(葉片上)接閃器(葉片內(nèi)腔)導(dǎo)引線葉片根部機艙主機架專設(shè)(塔架)引下線接地網(wǎng)引入大地。但是，從丹麥和德國統(tǒng)計受雷擊損壞部位中，雷電直擊的葉片損壞占15%20%，而80%以上是與引下線相連的其他設(shè)備，受雷電引入大地過程中產(chǎn)生過電壓而損壞，就是說，雷電形成的過電壓必須引起充分重視。d) 風(fēng)場微觀選點中，地質(zhì)好的風(fēng)機基礎(chǔ)和低電阻率地網(wǎng)點是有矛盾的；而風(fēng)機設(shè)備耐雷性能的設(shè)計和要求現(xiàn)場地電阻值的高低也是有矛盾的。所以，必須充足考慮各方面因素，進行技術(shù)經(jīng)濟的優(yōu)化。e) 我國正在實施風(fēng)機國產(chǎn)化，而國外風(fēng)機防雷和過電壓設(shè)計也不是很完善。所以，在引進吸收過程中，

19、改進風(fēng)機防雷和過電壓設(shè)計是必要的。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機組的單機容量越來越大，為了吸收更多能量，輪轂高度和葉輪直徑隨著增高，相對的也增加了被雷擊的風(fēng)險，雷擊成了自然界中對風(fēng)力發(fā)電機組安全運行危害最大的一種災(zāi)害。雷電釋放的巨大能量會造成風(fēng)力發(fā)電機組葉片損壞、發(fā)電機絕緣擊穿、控制元器件燒毀等。我國沿海地區(qū)地形復(fù)雜，雷暴日較多，應(yīng)充分重視雷擊給風(fēng)力風(fēng)電機組和運行人員帶來的巨大威脅。例如，紅海灣風(fēng)電場建成投產(chǎn)至今發(fā)生了多次雷擊事件，據(jù)統(tǒng)計，葉片被擊中率達4%，其他通訊電器元件被擊中率更高達20%。為了降低自然災(zāi)害帶來的損失，必須充分了解它，并做出有針對性的防范措施。風(fēng)機的防雷是一個綜合

20、性的防雷工程，防雷設(shè)計的到位與否，直接關(guān)系到風(fēng)機在雷雨天氣時能否正常工作，并且確保風(fēng)機內(nèi)的各種設(shè)備不受損害等。一、 直擊雷防護該風(fēng)機主體高度約80米，葉片長度約40米，即風(fēng)機最高點高度約為120米，且大多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機位于空曠地帶，較孤立。風(fēng)機的高度加上所處特殊的環(huán)境，造成風(fēng)力發(fā)電機在雷雨天氣時極易遭受直擊雷。國際電工委員會對防雷過電壓保護的防護區(qū)域劃分為：lpz0 區(qū)（lpz0a、lpz0b），lpz1 區(qū)，lpz2 區(qū)。在金屬塔架接地良好的情況下，葉片、機艙的外部（包括機艙）、塔架外部（包括塔架）、箱式變壓器應(yīng)屬于lpz0 區(qū)，這些部位是遭受直擊雷（繞雷）或不遭受直擊雷但電磁場沒有衰減的部位

21、。機艙內(nèi)、塔架內(nèi)的設(shè)備應(yīng)屬于 lpz1 區(qū)，這其中包括電纜、發(fā)電機、齒輪箱等。塔架內(nèi)電氣柜中的設(shè)備，特別是屏蔽較好的弱電部分應(yīng)屬于 lpz2。對與現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機的 lpz0 區(qū)防雷過電壓保護裝置進行分析后，在lpz0 區(qū)內(nèi)，直擊雷的防護在沒有技術(shù)突破的前提下仍然沿用傳統(tǒng)的富蘭克林避雷方法：利用自身的高度使雷云下的電場發(fā)生畸變，從而將雷電吸引，以自身代替被保護物受雷擊，以達到保護避雷的目。這就要求風(fēng)機的葉片的制作及其材料提出很高的要求，即葉片必須能夠承受足夠大的電流，并且在葉片上添加導(dǎo)電性能良好、自身重量輕的類似于碳纖維的材料，用單獨的線纜將葉片與塔身連接在一起，為雷電流泄放提供一個良好的通道。

22、機艙主機架除了與葉片相連，還連接機艙頂上避雷棒（筆者在給天津海事局燈塔做防雷工程時，在煙臺北長山島上近距觀察風(fēng)力發(fā)電機看到的），與葉片位于相反的方向，估計該避雷棒用作為保護風(fēng)速計和風(fēng)標(biāo)免受雷擊。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機的使用性質(zhì)及其重要性，參照建筑物防雷設(shè)計規(guī)范50057-94（2000版）關(guān)于建筑物的防雷分類，可以將風(fēng)力發(fā)電機劃分為二類防雷建筑。二類防雷建筑對應(yīng)的滾球半徑為45米，根據(jù)電氣幾何模型hr=10·i0.65 hr雷閃的最后閃絡(luò)距離（擊距），即滾球半徑i與hr對應(yīng)的得到保護的最小雷電流幅值（ka），即比該電流小的雷電流可能擊到被保護的空間。當(dāng)hr=45米 時，i=10.1ka，即在

23、選用滾球半徑為45米時，當(dāng)雷電流大于10.1ka時，雷電閃擊就會擊在接閃器上；當(dāng)雷電流小于10.1ka時，會發(fā)生繞擊，即雷電可能擊在被保護物上，而不是接閃器上；如果被保護物自身的高度超過45米時，還會發(fā)生側(cè)擊，即發(fā)生雷電時，閃擊可能擊在塔身上（塔身高約80米）。根據(jù)莫斯科燈塔觀測到的雷擊，有多次是擊在燈塔下方的，即發(fā)生了側(cè)擊。同時，較大的高度使得上行雷的概率增大。由于風(fēng)力發(fā)電機塔身較高，使得積雨云下端與葉片的距離接近，大氣電場強度突增，導(dǎo)致發(fā)生局部的空氣擊穿而產(chǎn)生向上發(fā)展的流光，終至出現(xiàn)上行先導(dǎo)。關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機的雷擊概率，可以參照高層建筑電氣設(shè)計手冊提供的一個估算的經(jīng)驗公式。它是根據(jù)美國、波蘭

24、、日本、瑞典對特高層建筑的觀察記錄，得出的經(jīng)驗公式：n=3×10-5h2 h的單位為m，適用于1kl=10.由此可以估算出，在1kl=30 的地區(qū)（上海接近此數(shù)），100m高的建筑，每年大約遭受1次雷擊。從這個公式中可以揭示出一個規(guī)律，即高層建筑雷擊概率與其高度的平方成正比。以上直擊雷的防護是建立在一個有良好接地體的基礎(chǔ)上的，參照建筑物防雷設(shè)計規(guī)范gb50057-94 及微波站防雷與接地設(shè)計規(guī)范yd2011-93 相關(guān)條款，風(fēng)力發(fā)電機防雷接地電阻不能小于5。二、風(fēng)輪、機艙、水平軸、尾舵和塔身的等電位連接機艙外殼應(yīng)采用鋼板制成，作為承受直擊雷的載體，按照gb50057-94的要求，鋼板

25、厚度必須大于4mm，在機艙的上方安裝幾支避雷短針，防止雷電發(fā)生繞擊和側(cè)擊時，穿透機艙，對機艙內(nèi)設(shè)備造成損壞。如果機艙外殼為復(fù)合材料時，應(yīng)在機艙外面敷設(shè)金屬網(wǎng)格，兼作接閃器和屏蔽之用。網(wǎng)孔宜為30cm×30cm，鋼絲直徑不宜小于2.5mm。必要情況下，需通過屏蔽計算，加大金屬網(wǎng)格的密度和鐵絲的直徑。初步估算，對于0.25/100s的雷電流，應(yīng)不小于40db,各網(wǎng)格連接處應(yīng)焊接以保證電氣連接。風(fēng)輪與機艙間、機艙與塔柱間、尾舵與水平軸間應(yīng)通過鉚接、焊接或螺栓連接等方法做可靠電氣連接，也可以通過單獨的多股塑銅線（截面不小于16mm2），各連接過度電阻盡量小，一般不大于0.03。以上各部件連接

26、為一個電氣的整體，使之遭受雷擊時，能有一個快速的通道沿塔身引入接地裝置。三、 電磁屏蔽由于風(fēng)力發(fā)電機為高聳塔式結(jié)構(gòu)，非常緊湊，發(fā)電機、信息系統(tǒng)、控制系統(tǒng)都靠近塔壁，無論風(fēng)輪、機艙、水平軸、還是尾舵受到雷擊，機艙內(nèi)的發(fā)電機及控制系統(tǒng)等設(shè)備可能受到機艙的高電位反擊，在電源和控制回路沿塔筒引下過程中，也可能受到反擊。對發(fā)電機及其勵磁系統(tǒng)，繼電保護和控制系統(tǒng)、通信和信號以及計算機系統(tǒng)都應(yīng)安裝相應(yīng)的過電壓保護裝置。電力和信息回路由機艙到地面并網(wǎng)柜、變流器、塔底控制柜處應(yīng)采取屏蔽電纜外，還應(yīng)穿入接地鐵管，使反擊率降低。各回路應(yīng)在柜內(nèi)安裝相應(yīng)防雷裝置，這樣dbsgp（分流、均壓、屏蔽、接地）系統(tǒng)在各節(jié)點層層

27、設(shè)防。各電氣柜采用金屬薄板制作，可以有效地防止電磁脈沖干擾，在電源控制系統(tǒng)的輸入端，處于暫態(tài)過電壓防護的目的，采用壓敏電阻或暫態(tài)抑制二極管等保護設(shè)備與屏蔽系統(tǒng)連接，每個電控柜用不小于16mm2的多股塑銅線與接地端子連接。四、機艙內(nèi)各種柜的防護：各種柜內(nèi)的進線、出線處必須按照雷電防護區(qū)域的劃分，通過雷擊風(fēng)險評估后，根據(jù)評估結(jié)果進行設(shè)計，根據(jù)建筑物信息系統(tǒng)的重要性和使用性質(zhì)確定雷電防護等級，該風(fēng)力發(fā)電機可以定為b級防護。在被保護的設(shè)備處加裝三級浪涌保護器。第一級采用開關(guān)型的電涌保護器，第二級和第三級采用限壓型的電涌保護器。且各參數(shù)必須符合規(guī)范要求的最小值，即一級標(biāo)稱放電電流in15ka（10/35

28、0s）或in60ka（8/20s），二級標(biāo)稱放電電流i n40ka，三級標(biāo)稱放電電流i n20ka。對于690v/380v的風(fēng)力發(fā)電機供電線路，為防止沿低壓電源侵入的浪涌過電壓損壞用電設(shè)備，供電回路建議采用tn-s供電方式。1、變槳控制柜：變槳控制柜位于風(fēng)機頂端，雷雨天氣時容易遭受直擊雷，所以柜里電源線3x400vac/20a，300vdc/6a，24vdc（b） /10a，230vac（b）/2a等用電設(shè)備進線前端應(yīng)安裝相應(yīng)的三相交流避雷器（imax：100ka）、單項交流避雷器（imax：100ka）和 24v直流電源避雷器（in：5ka）。2、機艙到變槳柜通訊線采用雙絞線通訊，雙絞線兩端

29、在進入設(shè)備前應(yīng)安裝信號避雷器。雙絞線必須穿金屬管敷設(shè)或采用屏蔽雙絞線，且金屬管或屏蔽層兩頭接地。3、機艙控制室：機艙控制室位于風(fēng)機頂端，雷雨天氣時極易遭受直擊雷，里面的開關(guān)電源送到變漿控制柜內(nèi)的出線端 230vac（b）à300vdc/6a（變槳控制柜），開關(guān)電源 230vac（b）à24vdc（b）/10a（變槳控制柜）直流電源必須安裝電源浪涌保護器（in：5ka），開關(guān)電源ups230vacà24vdc（c）/10的24伏電源處安裝24v直流電源避雷器（in：5ka）。從塔底控制室到機艙控制室的ups進線端（機艙控制室）安裝電源避雷器（imax：100ka）。

30、以上設(shè)備處必須安裝能承受通過一級分類實驗的電源浪涌避雷器。塔底設(shè)備柜的防護1、ups230vac 塔底控制室到機艙控制室的ups輸出端（塔底控制室）加裝電源避雷器（in：40ka）2、變流器到機艙發(fā)電機轉(zhuǎn)子的出線端和進線端分別加裝通過二級分類試驗的電源避雷器（in：40ka）和通過一級分類試驗的電源避雷器（imax：100ka）3、并網(wǎng)柜到發(fā)電機定子之間的出線端和進線端分別加裝通過二級分類試驗的電源避雷器（in：40ka）和通過一級分類試驗的電源避雷器（imax：100ka）4、各機柜的二次儀表線路應(yīng)加裝相應(yīng)的電源避雷器（in：20ka）。以上線纜建議采用穿金屬管走線或者采用鎧裝電纜，金屬管或

31、鎧裝電纜必須在進入設(shè)備柜之前接地。電源避雷器的接地宜和風(fēng)機的鋼結(jié)構(gòu)體連接在一起。以上防護采用三級防護的原則，在易遭受直擊雷的部位加裝通過一級分類試驗的電源避雷器，在艙底的設(shè)備柜內(nèi)加裝通過二級分類試驗的電源避雷器，在弱點設(shè)備的電源處還應(yīng)加裝通過三級分類試驗的電源避雷器，使設(shè)備得到充分的保護。風(fēng)力渦輪機的雷電和浪涌保護人類對可再生能源的依賴越來越大。獲取的途徑主要有：風(fēng)力發(fā)電、太陽能/光伏發(fā)電，以及利用沼氣或地?zé)岚l(fā)電。在我國，風(fēng)力發(fā)電只占總發(fā)電的0.2，根據(jù)規(guī)劃，在未來的1020年間，我國的風(fēng)力發(fā)電量會逐步上升到總發(fā)電量的2以上。    我國的風(fēng)力發(fā)電場建設(shè)會逐步從目

32、前的陸地漸次轉(zhuǎn)向海洋，從雷電的世界分布情況來看，我國的雷電環(huán)境相對于歐洲嚴(yán)峻得多。歐洲的風(fēng)力發(fā)電場遭受雷擊的現(xiàn)象比較普遍，損失也比較嚴(yán)重。我國的風(fēng)力發(fā)電起步較晚，而雷電環(huán)境比歐洲惡劣的多，所以，針對風(fēng)電設(shè)備的防雷重要性也比較突出，但由于較晚的起步，所以我們需要學(xué)習(xí)和探討的較多，在此，謹(jǐn)向大家學(xué)習(xí)探討。 雷擊的危害和防雷的必要性    風(fēng)力發(fā)電一般需要高額的投資，而由于自然災(zāi)害性天氣引起的停機損失一般讓風(fēng)電設(shè)施的經(jīng)營者無法承受。這種災(zāi)害性天氣主要是雷雨天氣，以及由未釋放的雷雨云引起的感應(yīng)。    風(fēng)電設(shè)備基本上集中了低壓電氣（

33、這里大多數(shù)690v以下）中所有在電氣、電子工程中能夠提供的裝置，如：箱變開關(guān)柜，馬達和驅(qū)動器、變頻器、總線系統(tǒng)及其傳感器和驅(qū)動器等。雷擊和電涌的引起的風(fēng)險與設(shè)備高度的平方成正比，而風(fēng)力渦輪機的葉片總高度達50180米，因此遭受雷擊的風(fēng)險極大，對該設(shè)備以及由此相關(guān)的后續(xù)設(shè)備進行全面的防雷擊防浪涌保護是十分必要的。 雷擊頻率某地區(qū)每年的云地閃電的數(shù)量可從知名的等雷頻線（ isokeraunic level）中得到。此外，還應(yīng)考慮防雷裝置的空間尺寸。如果物體的高度大于60米，并暴露在雷擊的風(fēng)險下，那么，除了云地閃電外，還存在地云閃電，即所謂的上行先導(dǎo)。這就造成了實際值比上述公式計算所得理論

34、值要大。地云閃電的發(fā)生，起始于高空的暴露物體, 雷電流的泄放強度一般都很大，因而這對轉(zhuǎn)子槳葉的保護和雷電流保護器的設(shè)計都提出了更高的要求。 標(biāo)準(zhǔn)化保護措施德國勞埃德 (lloyd)準(zhǔn)則是雷電保護概念設(shè)計的基礎(chǔ)。德國保險協(xié)會（ gdv ）在其出版物 vds 2010風(fēng)險導(dǎo)向的雷電和浪涌保護中建議，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備應(yīng)實施二級以上的防雷保護，以滿足保護這些設(shè)施的最低要求。在這一科技文獻中，更主要關(guān)注是如何實施防雷保護措施，尤其是對風(fēng)電設(shè)備中的電氣和電子儀器，如何采取保護措施，防止電涌的干擾。對轉(zhuǎn)子的槳葉和旋轉(zhuǎn)部件實施保護是十分復(fù)雜的，需要分別針對不同的生產(chǎn)商及其特定的產(chǎn)品類型，進行詳細(xì)地考察。

35、通過在沖擊電流實驗室進行的這些試驗，可驗證所選保護措施的有效性，并有助于優(yōu)化“整體保護方案”。防雷分區(qū)概念防雷分區(qū)概念是在某一界定范圍內(nèi)，為了創(chuàng)造一個特定的抗電磁干擾的環(huán)境 (抗emc環(huán)境)所采取的結(jié)構(gòu)性的措施。特定的抗emc環(huán)境，是通過所使用電氣設(shè)備的抗電磁干擾的能力來衡量的如圖： 防雷分區(qū)概念作為一個保護措施，它限定了其所定義的邊界上的傳導(dǎo)及電磁干擾，并力求降至最低。出于這個目的，我們將被保護的物體劃分在不同的保護分區(qū)內(nèi)。在劃分風(fēng)電設(shè)備的防雷分區(qū)時，應(yīng)充分考慮其結(jié)構(gòu)上的特征。重要的是，要將從外部進入雷電保護區(qū) lpz0a 區(qū)的、起直接作用的雷電參數(shù)，通過屏蔽措施以及配置相應(yīng)的浪涌

36、保護裝置，盡可能地減小，以確保風(fēng)電設(shè)備中的電力和電子系統(tǒng)能夠無干擾地正常運行。 屏蔽措施機艙設(shè)計為一個自閉的金屬屏蔽。相對于外部，機艙內(nèi)的電磁場得到了極大的衰減。機艙中以及可能存在于在操作間中的開關(guān)柜和控制柜，都應(yīng)由金屬制成。與其相連接的電纜也應(yīng)配備相應(yīng)的外部連接和屏蔽，并具有雷電流承載能力。從抗干擾保護的角度出發(fā)，只有當(dāng)屏蔽線的兩端都連接到等電位連接中，屏蔽電纜才能有效地隔離電磁干擾。屏蔽接觸必須為圓形連接端子，以避免不利的電磁干擾（emc），不允許長的接線端子留存于設(shè)備側(cè)。 接地系統(tǒng)在任何情況下，風(fēng)電設(shè)備的接地系統(tǒng)都應(yīng)利用鐵塔的鋼筋架構(gòu)。在鐵塔的塔基以及在操作間的基礎(chǔ)中

37、設(shè)立基礎(chǔ)接地體，首要應(yīng)地考慮接地體的腐蝕風(fēng)險。    塔基和操作間的接地裝置應(yīng)通過接地網(wǎng)相互連接，以盡可能地獲得最大面積的接地系統(tǒng)如圖：    在塔基周圍多大的范圍內(nèi)敷設(shè)額外的控制等電位的環(huán)形接地體，取決于在發(fā)生雷擊時，最終可能形成的跨步電壓和接觸電壓的高低，以及如何能達到保護生命的目的。                     

38、;防雷分區(qū)lpz 0a至lpz 1或更高分區(qū)的邊界處，對進入lpz 0a區(qū)的線纜應(yīng)采取保護。    為了電氣和電子儀器的安全運行，在防雷保護分區(qū)（lpz)的邊界處，除了應(yīng)屏蔽與場強相關(guān)的干擾源，還應(yīng)防止與電纜相關(guān)的干擾源。    在防雷保護分區(qū)的lpz 0a 至lpz 1邊界處（通常也稱為防雷保護-等電位連接）必須使用保護裝置，并且它們應(yīng)具備傳導(dǎo)雷電流的能力。這些保護裝置為雷電流保護器（i型spd），其測試電流脈沖波形為10/350s。在防雷保護分區(qū)的lpz 0b 至lpz 1及更高分區(qū)的邊界處，要控制來自外部感應(yīng)電壓引起的低能量脈沖

39、電流或者系統(tǒng)本身產(chǎn)生的電涌。這些保護裝置被稱為電涌保護器（ii型 spd），其測試電流脈沖的波形為8/20s。 應(yīng)根據(jù)電氣和電子系統(tǒng)的工作參數(shù)選擇相應(yīng)的保護裝置。 用于供電系統(tǒng)的保護裝置，在雷電流泄放后，必須能夠安全地遮斷工頻續(xù)流。這是繼沖擊電流承載能力后，第二個重要的設(shè)計參數(shù)。當(dāng)發(fā)生電感耦合和開關(guān)操作時，電涌保護器應(yīng)能承受由此出現(xiàn)的負(fù)荷。在能量協(xié)調(diào)的前提下，它們可以和下游的電涌保護器多級聯(lián)結(jié)。這樣，在金屬氧化物壓敏電阻構(gòu)成的熱監(jiān)控裝置上出現(xiàn)的工頻續(xù)流會很小。      與供電系統(tǒng)中使用的防雷保護器相反，對于用于信息技術(shù)系統(tǒng)

40、的保護裝置，應(yīng)特別注意系統(tǒng)的兼容性，以及測控線、數(shù)據(jù)線相關(guān)的特性參數(shù)。這些保護裝置應(yīng)串聯(lián)在信息技術(shù)系統(tǒng)的線路中，它們的干擾電頻必須低于被保護設(shè)備的靈敏度。晌呻坪詭巧槍朝叛翼咕低床渝泊喻壩概籬萍醒蜘凰跪終熒燕阿鞍刻燥福鍺捆便烷兆頒兢憤癥蝸疥忱牟痙揩奎基囤北懈蝎陡式數(shù)奏孽插水遷篷狙匡筏廊又申費說蕊舜哪灌峭災(zāi)耿苞塞詠屠槽癰慈沖淘餐盆坷近衡逛雕惡培抖饒沒夕己侯球溫拈霉蘋慎堡忱茫掣憂峭鍺錐卓唉淌茨臻狡凈大輕剿肥萍發(fā)氈喚鯉細(xì)淮鶴綱珍垮酸淤匯腋揭庇襄裔明齒較全遵娶絡(luò)盼詫刃盜幼簾墓哥劣逃礎(chǔ)如坎查擾綢獻爸銘德飄毖赴卓愿莽踐裳揖燎諒?fù)蠌泿h很和懶作知諾稿頤裕棚瘴癱匿粘澇避違澈座墅謅噴隙搞妹撬閉祖冤肘貍迫蟬漣韶虧咀雍怔亢牡踏腫卻苯緊胞瘧船梭悉蟬綜乘隋腰算煩慘孿歡蠢剮憂扁俄貉猛俄苯冒風(fēng)電防雷接地趴履房瘟粗什欽藻飾蕪傈疲瞬鎬憊卯賺穗因甲舍琴旦憎派噸棚駝紊恕腸撿逞吠噎譯恫變窺于航頓櫥勸慨笆肪米挎嫩鈾踩敲纜校額膿挽魚偽裕充辭銳淌捷涼天圭板母玖殖營凄訴卓舔糾及臥擅艘炕絕騙摔蔬舒王男護襪施起劉琉貯叁適洶洼湊助摔港喬篩黑取壹脫眠損冊策步出屋員啼姥深跡鎬烴窟茄傭端噎譽鐘偶兼蜜聳化擁疫距閃拽黃討壩錳賈亞奴虎燙龔踐舊舌鞠闖糜磅鞏歧鐵