風機組的過壓保護8

1、1潘以周潘以周 2標準基礎概念防護產品-SPD風機種類1243 3第一部分：風機防雷的技術基礎第一部分：風機防雷的技術基礎3一、風機防雷相關的主要標準一、風機防雷相關的主要標準序號標準號（系列）標準名稱（系列）1IEC TR61400-24WTGS第24雷電防護2IEC 62305雷電防護3IEC 61000電磁兼容性EMC4IEC 60204電機5IEC 61643SPD6IEC 60364建筑物電氣裝置7IEC 60099無間隙氧化鋅避雷器無間隙氧化鋅避雷器4二、風機防雷的技術基礎二、風機防雷的技術基礎基礎概念基礎概念 直擊雷的形成直擊雷的形成 風力發(fā)電機上空的雷云層中，正負極性電荷分離。

2、正電荷在上，負電荷在下端。數(shù)量巨大的負電荷會導致大地感生正電荷的積聚；當大氣的絕緣被打破時，堆積的電荷將會透過雷擊傳導到大地。5電力線路電力線路信號線路信號線路雷擊大地雷擊大地云層間雷擊云層間雷擊雷擊接閃器雷擊接閃器雷擊電網保護線雷擊電網保護線電網電網二、風機防雷的基礎概念二、風機防雷的基礎概念 雷電過電壓的形成示例雷電過電壓的形成示例6 雷擊接閃器形成的地電位反擊雷擊接閃器形成的地電位反擊二、風機防雷的基礎概念二、風機防雷的基礎概念7建筑物建筑物1用電用電設備設備大約大約100kV100kV等電位等電位1 1用電設備用電設備建筑物建筑物2等電位等電位2 2電力線電力線二、風機防雷的基礎概念二

3、、風機防雷的基礎概念 雷擊接閃器（阻性耦合）（阻性耦合）形成的傳導過電壓8二、風機防雷的基礎概念二、風機防雷的基礎概念 感應感應 電路電路建筑物建筑物1用電用電設備設備大約大約100kV100kV等電位等電位1 1用電設備用電設備建筑物建筑物2等電位等電位2 2電力線電力線 雷擊接閃器（感性耦合）（感性耦合）形成的傳導過電壓9二、風機防雷的基礎概念二、風機防雷的基礎概念 近處雷擊（容性耦合）（容性耦合）形成的傳導過電壓10燃氣管道燃氣管道自來水管道自來水管道通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)網線系統(tǒng)網線系統(tǒng)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)接地系統(tǒng)接地系統(tǒng)LPZ0LPZ1具有陰極保護的管道具有陰極保護的管道等電位等電位建筑物內所

4、有金屬導體的連接建筑物內所有金屬導體的連接所有金屬設備直接連接所有金屬設備直接連接具有工作電壓的設備通過具有工作電壓的設備通過SPD間接連接間接連接外部雷電防護裝置外部雷電防護裝置二、風機防雷的基礎概念二、風機防雷的基礎概念 管道的等電位連接11 雷電防護區(qū)域（LPZLPZ）的劃分二、風機防雷的基礎概念二、風機防雷的基礎概念代號名稱1接閃器2接地裝置3鋼筋4引下線5低壓配電系統(tǒng)6通信系統(tǒng)7通風系統(tǒng)8屏蔽裝置9終端設備12主配電屏分路配電屏用戶設備端主等電位連接排局部等電位連接排級SPD 級SPD 級SPD 根據LPZ劃分進行雷電過電壓的防護二、風機防雷的基礎概念二、風機防雷的基礎概念13 SP

5、D試驗分級用作對SPD分級的參數(shù)予處理15次沖擊的脈沖動作負載試驗的脈沖用途主要應用保護區(qū)LPZ級試驗級試驗(T1/B)沖擊電流沖擊電流Iimp標稱放電電流In沖擊電流沖擊電流Iimp雷電保護雷電保護-等電位連接等電位連接電氣裝置直擊雷保護電氣裝置直擊雷保護0、1級試驗級試驗(T2/C)標稱放電標稱放電電流電流In最大放電電最大放電電流流Imax電氣裝置過電壓保護電氣裝置過電壓保護1、2級試驗級試驗(T3/D)組合波組合波Uoc組合波組合波Uoc組合波組合波Uoc配電和控制系統(tǒng)過電壓保配電和控制系統(tǒng)過電壓保護，護，L、N-PE和和L-N的線間保護的線間保護2、3三、風機防雷的防護產品三、風機防

6、雷的防護產品 SPD的分類14型式型式原理原理優(yōu)缺點優(yōu)缺點(1)籠型異步發(fā)電機一般為雙極數(shù)(4/6極)、雙功率，風速低時，用小功率發(fā)電機發(fā)電，風速高時就用大功率發(fā)電機發(fā)電結構簡單，成本低，易于維護；但只在兩個風速下具有較佳的輸出系數(shù)，無法有效利用不同風速時的風能；并網控制切換較麻煩,還需無功補償(2)繞線型雙饋異步發(fā)電機轉子繞組接入交流勵磁變頻器，風速變化時，通過調節(jié)勵磁電流的頻率、幅值、相序，使定子輸出恒頻恒壓實現(xiàn)變速恒頻，效率高，變頻器的功率小(只需要發(fā)電機功率的1/4)(3)永磁同步發(fā)電機由永磁體產生磁場，定子經變頻器整流逆變后向電網輸出容易實現(xiàn)低轉速多極對數(shù)，可以采用直驅形式，省去齒輪

7、箱；但永磁材料的穩(wěn)定性較差，發(fā)電機的體積重量大，且變頻器功率大(1.31.5Pn)(4)電勵磁同步發(fā)電機電勵磁同步發(fā)電機由外接到轉子上的直流電產生磁場由外接到轉子上的直流電產生磁場,定定子經變頻器整流逆變后向電網輸出子經變頻器整流逆變后向電網輸出容易實現(xiàn)低轉速多極對數(shù)，可以采用容易實現(xiàn)低轉速多極對數(shù)，可以采用直接驅動形式，省去齒輪箱；但轉子直接驅動形式，省去齒輪箱；但轉子機械動平衡困難，增加勵磁電流控制機械動平衡困難，增加勵磁電流控制裝置，變頻器功率大裝置，變頻器功率大四、風機的種類四、風機的種類15五、雙饋異步發(fā)電機原理五、雙饋異步發(fā)電機原理雙饋異步發(fā)電機為帶滑環(huán)的繞線型三相異步電機，轉子繞

8、組接入一個頻率、幅值、相序均可調節(jié)的三相逆變電源，來調整發(fā)電機的運行，定子輸出直接上網。給定頻率f1f2頻率控制電壓控制反饋電壓給定電壓16五、雙饋異步發(fā)電機原理五、雙饋異步發(fā)電機原理 雙饋異步發(fā)電機轉子上有三相對稱繞組，如果通入三相對稱交流電，則將在電機氣隙內產生旋轉磁場，此旋轉磁場的轉速與所通入的交流電頻率及電機的極對有關： n2=60f2/p. n2為繞線轉子三相對稱繞組通入頻率f2的三相對稱電流后所產生的旋轉磁場,相對于轉子本身的轉速。 若改變頻率f2，即可改變n2，若改變通入轉子三相電流的相序，則可改變轉子旋轉磁場的方向。 因此，若設因此，若設n1n1為對應于電網頻率為為對應于電網頻

9、率為50Hz50Hz（f1=50Hzf1=50Hz）時）時異步發(fā)電機的同步轉速，異步發(fā)電機的同步轉速，n n為異步電機轉子本身的旋轉速度，為異步電機轉子本身的旋轉速度，則只需要維持則只需要維持n nn2=n1n2=n1為常數(shù)，則異步發(fā)電機定子繞組的感為常數(shù)，則異步發(fā)電機定子繞組的感應電勢的頻率始終保持為應電勢的頻率始終保持為f1f1不變。不變。17潘以周潘以周18風力機組的故障、維修圖風力機組的故障、維修圖風力機組與過壓有關的特點風力機組與過壓有關的特點風力機組過電壓整體防護圖風力機組過電壓整體防護圖- -整體、外部、內部整體、外部、內部外部引雷中的關鍵技術：葉片、軸承、齒輪、接地外部引雷中的

10、關鍵技術：葉片、軸承、齒輪、接地1243 3第二部分：風電機組防雷現(xiàn)況第二部分：風電機組防雷現(xiàn)況19一、風力機組的故障、維修圖一、風力機組的故障、維修圖維修費維修費20一、風力機組的故障、維修圖一、風力機組的故障、維修圖停機時間停機時間21二、風電機組與過壓有關的特點二、風電機組與過壓有關的特點環(huán)境惡劣自身高度高，易遭雷擊和雷電過電壓的入侵22二、風電機組與過壓有關的特點二、風電機組與過壓有關的特點環(huán)境惡劣溫差大、有振動23二、風電機組與過壓有關的特點二、風電機組與過壓有關的特點環(huán)境惡劣雷電流路徑-從葉片-大地 葉片和機艙是轉動的葉片和機艙是轉動的 葉片是雷電流必經之路葉片是雷電流必經之路 大

11、部分雷電流流過或靠近風機部件大部分雷電流流過或靠近風機部件24ACACDC電網400/690VAC400/690VAC變壓室控制系統(tǒng)變速箱690V/20 kV發(fā)電系統(tǒng)配電系統(tǒng)AC-DC-AC 換流環(huán)節(jié)換流環(huán)節(jié) EMC污染污染二、風電機組與過壓有關的特點二、風電機組與過壓有關的特點系統(tǒng)采用換流技術引起嚴重的電磁兼容問題 雙饋式風力發(fā)電機電路圖25風力發(fā)電系統(tǒng)風力發(fā)電系統(tǒng)(IT)系統(tǒng)系統(tǒng)電壓等級：電壓等級：400/690 V400/690 VACAC利用變頻勵磁發(fā)電利用變頻勵磁發(fā)電發(fā)電設備絕緣薄弱發(fā)電設備絕緣薄弱低壓配電系統(tǒng)低壓配電系統(tǒng)(TT,TN)系統(tǒng)系統(tǒng)電壓等級：電壓等級： 230/400 V

12、230/400 VACAC無無電工設備耐壓高電工設備耐壓高系統(tǒng)差異對過電壓防護的影響系統(tǒng)差異對過電壓防護的影響二、風電機組與過壓有關的特點二、風電機組與過壓有關的特點 大功率風力發(fā)電系統(tǒng)與配電系統(tǒng)的部分差異26接地條件差二、風電機組與過壓有關的特點二、風電機組與過壓有關的特點27風力機過電壓防護外部直擊雷IGBT操作過電壓防護內部LEMP接閃疏導接地等電位等電位屏蔽布線限幅葉片避雷針帶、網防雷引下線接地裝置等電位連接等電位連接屏蔽柵屏蔽網屏蔽線穿過金屬管子SPD直擊雷防護引流減感應泄放防反擊防擊穿防擊穿減感應減感應封閉電流防擊穿減感應濾波濾波器過濾高頻減低dv/dt三、風力機組過電壓整體防護圖

13、三、風力機組過電壓整體防護圖28三、風力機組過電壓整體防護圖三、風力機組過電壓整體防護圖29三、風力機組過電壓內部防護圖三、風力機組過電壓內部防護圖30三、風力機組過電壓內部防護圖三、風力機組過電壓內部防護圖31四、外部引雷中的關鍵技術四、外部引雷中的關鍵技術葉片葉片32四、外部引雷中的關鍵技術四、外部引雷中的關鍵技術葉片葉片防雷u將雷電流從葉片雷擊點引向輪轂u葉片嵌入接閃器u黏貼金屬箔u內部設置引下線并有獨立接收裝置u葉片表面噴鍍金屬或嵌入金屬絲或網 材料:GRP（玻璃鋼）、CRP（碳玻璃鋼）u葉片與輪轂的連接-通過軸承、從軸承搭接或軟電纜再與其引下線的最里面部分連接33防雷四、外部引雷中的

14、關鍵技術四、外部引雷中的關鍵技術軸承和齒輪箱軸承和齒輪箱1.慢動的漿距和偏航軸承可用軟線或滑動接點傳遞雷電流至引下線2.主軸承、齒輪箱和發(fā)電機軸承需傳遞雷電流和減小磨損,方法:n 電刷n 火花間隙n 多路并聯(lián)型碳刷n 碳刷+火花間隙34四、外部引雷中的關鍵技術四、外部引雷中的關鍵技術軸承和齒輪箱軸承和齒輪箱35四、外部引雷中的關鍵技術四、外部引雷中的關鍵技術軸承和齒輪箱軸承和齒輪箱36四、外部引雷中的關鍵技術四、外部引雷中的關鍵技術軸承和齒輪箱軸承和齒輪箱37四、外部引雷中的關鍵技術四、外部引雷中的關鍵技術軸承和齒輪箱軸承和齒輪箱38四、外部引雷中的關鍵技術四、外部引雷中的關鍵技術軸承和齒輪箱

15、軸承和齒輪箱39潘以周潘以周40發(fā)電機繞組絕緣的壽命與波形之關系發(fā)電機繞組絕緣的壽命與波形之關系過電壓標準、變頻器供電電機標準中有關過電壓標準、變頻器供電電機標準中有關EMC的陳述的陳述第三部分：風機雷電過電壓（電涌）的防護第三部分：風機雷電過電壓（電涌）的防護雙饋風力機雙饋風力機LEMP的防護設計的防護設計-轉子、定子轉子、定子操作過電壓操作過電壓雷電電磁脈沖與操作過電壓的差別雷電電磁脈沖與操作過電壓的差別SPD間的型譜間的型譜1243 3工作電壓和頻率工作電壓和頻率系統(tǒng)短時工頻過電壓系統(tǒng)短時工頻過電壓雷電流大小雷電流大小轉子、定子防護設計示例轉子、定子防護設計示例IGBT工作時的工作時的E

16、MC情況情況41有交流380、480、690V和直流（同步） 頻率： +3+18HZ；-3-18HZ一、雙饋風力機一、雙饋風力機LEMP的防護設計的防護設計轉子轉子轉子使用條件uIT 系統(tǒng), Y 接法u工作電壓：L-Lu短時工頻過電壓（堵轉時）：18002200V,50HZuIGBT的操作過電壓:U; dv/dt; Nu雷電流：T2 （8/20s） ，IN=15KA，IMAX=30KA42一、雙饋風力機一、雙饋風力機LEMP的防護設計的防護設計定子定子定子使用條件uIT 系統(tǒng), 接法u工作電壓：L-L交流690V，50HZu短時工頻過電壓：1.3UN ,3 m inuIGBT的操作過電壓:U;

17、 dv/dt ; Nu雷電流：T2 （8/20s） ，IN=15KA，IMAX=30KA43一、雙饋風力機一、雙饋風力機LEMP的防護設計的防護設計安裝位置安裝位置44一、雙饋風力機一、雙饋風力機LEMP的防護設計的防護設計示例之一示例之一45一、雙饋風力機一、雙饋風力機LEMP的防護設計的防護設計示例之二示例之二46一、雙饋風力機定子一、雙饋風力機定子LEMP的防護設計的防護設計示例之一示例之一47一、雙饋風力機定子一、雙饋風力機定子LEMP的防護設計的防護設計示例之二示例之二48二、雙饋風力機的操作過電壓二、雙饋風力機的操作過電壓pIGBT的工作情況分析p發(fā)電機繞組的絕緣壽命與試驗波形的關

18、系p過電壓防護標準p變頻調速標準有關EMC的陳述49二、雙饋風力機二、雙饋風力機IGBT的操作過電壓的操作過電壓GB/T 21707-2008(IEC62068）變頻調速專用三相異步電動機絕緣規(guī)范 對變頻調速三相異步電動機絕緣結構的要求:抗高頻脈沖電壓能力脈沖頻率20kHz 方波、雙極性、3kV脈沖上升時間，ns60020010040電磁線壽命，h502012？ GB/T 20161-2008(IEC60034-17）變頻器供電的籠型感應電動機應用導則 GB/T 21209-2007(IEC60034-25）變頻器供電的籠型感應電動機設計和性能導則 GB/T21056-2007風機、泵類負載變

19、頻調速節(jié)電傳動系統(tǒng)及其應用技術條件 電磁兼容性要符合GB/T17626.4-1998(IEC61000-4-1995)中等級3的要求,性能判據B. 低壓系統(tǒng)防雷保護保護指出操作過電壓分寬帶高能量傳導和寬帶低能量操作電壓干擾(后者即脈沖群抗擾度試驗),見VDE0847-4-4,波形為5/50 ns. GB/Z 21713-2008低壓交流電源（不高于1000V）中的浪涌特性中，對操作浪涌提出了附加ETF脈沖群5/50ns 的試驗.50二、雙饋風力機二、雙饋風力機IGBT的操作過電壓的操作過電壓51雷電電磁脈沖操作過電壓In =15kA ,8/20sUn : 2-3Un模擬雷電特性，s級dv/dt 高，ns級相-地相-相幾次/年數(shù)千次/秒三、雷電電磁脈沖與操作過電壓的差別三、雷電電磁脈沖與操作過電壓的差別52四、四、SPD的型譜與安裝的型譜與安裝53四、四、SPD的型譜與安裝的型譜與安裝54四、四、SPD