風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雷電防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

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篇一：風(fēng)電機(jī)組的防雷和防雷標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)電機(jī)組的防雷和防雷標(biāo)準(zhǔn)

1引言

在我國(guó)風(fēng)電發(fā)展初期，風(fēng)電場(chǎng)大部分集中在年平均雷電日較少的新疆和內(nèi)蒙古等地區(qū)，采用的主要是450kW級(jí)以下的風(fēng)電機(jī)組，雷害問(wèn)題并不突出。隨著我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)速度不斷加快、規(guī)模不斷擴(kuò)大以及風(fēng)電機(jī)組的日益大型化，風(fēng)電機(jī)組的雷害也日益顯露?，F(xiàn)階段，我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)不斷向高海拔和沿海地區(qū)拓展，大功率風(fēng)電機(jī)組的塔架最高已經(jīng)超過(guò)120m，是風(fēng)電場(chǎng)中最高大的構(gòu)筑物。在風(fēng)電機(jī)組的20年壽命期內(nèi)，難免會(huì)遭遇到雷電的直擊。中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)于2009年9月在肇慶召開(kāi)的葉片專業(yè)組年會(huì)，將葉片的防雷作為一個(gè)重要問(wèn)題進(jìn)行了研討，說(shuō)明風(fēng)電機(jī)組防雷已經(jīng)引起專家的高度重視。

國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）第88工作委員會(huì)（IECTC88）在編制風(fēng)電機(jī)組系列標(biāo)準(zhǔn)IEC61400時(shí)，編制了一個(gè)技術(shù)報(bào)告（TR），作為IEC61400系列標(biāo)準(zhǔn)的第24部分于2002年6月出版，其初衷是想為這個(gè)相對(duì)年經(jīng)的工業(yè)提供防雷知識(shí)。該標(biāo)準(zhǔn)在幾年的實(shí)踐中證明，技術(shù)報(bào)告對(duì)防止和減少風(fēng)電機(jī)組的雷害是有效的。但是隨著大型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展和風(fēng)電場(chǎng)向外海的拓展，雷害問(wèn)題比2002年以前更加復(fù)雜和突出。因此，有必要制訂一個(gè)風(fēng)電機(jī)組防雷標(biāo)準(zhǔn)以供風(fēng)電行業(yè)人員使用。將IEC61400由技術(shù)報(bào)告（TR）升級(jí)為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（TS）便提上了議事日程。

2風(fēng)電機(jī)組的雷害

IEC61400-242002中，闡明了不同于其他建筑物的風(fēng)電機(jī)組雷害問(wèn)題，機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及所處場(chǎng)地等因素使其容易遭受雷害。人們已經(jīng)了解建筑物高度對(duì)雷擊過(guò)程的影響。高度超過(guò)60m的建筑物會(huì)發(fā)生側(cè)擊，即部分雷電擊中建筑物側(cè)面而不是建筑物頂部。風(fēng)電機(jī)組塔架是高于60m的構(gòu)筑物，所以側(cè)擊概率比建筑物大很多，并造成嚴(yán)重?fù)p害。另外，從雷電機(jī)理可知，與上行雷相關(guān)的起始連續(xù)電流轉(zhuǎn)移的電荷量可以高達(dá)300C，也就是說(shuō)，上行雷造成的對(duì)建筑物的損壞比例隨著高度增加而增加，當(dāng)塔架高度超過(guò)100m時(shí)上行雷擊的概率升高。而風(fēng)電機(jī)組一般設(shè)置在風(fēng)力強(qiáng)大的高于周圍地區(qū)的制高點(diǎn)，并且遠(yuǎn)離其他高大物體，例如海岸、丘陵、山脊，這些地區(qū)正是雷電多發(fā)區(qū)，因此更能吸引雷電。

據(jù)德國(guó)、丹麥、瑞典等歐洲國(guó)家統(tǒng)計(jì)，雷電引起故障的頻率是，每年每百臺(tái)機(jī)組達(dá)3.9次到8次。直接雷擊可以使葉片遭到損毀；雷電電磁脈沖（雷電感應(yīng)過(guò)電壓）等間接雷擊可以使發(fā)電機(jī)、變壓器、變流器等電氣設(shè)備和控制、通信、SCADA等電子系統(tǒng)遭受災(zāi)難性損壞；也有極個(gè)別的輪轂、齒輪箱、液壓系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)械制動(dòng)器等雷擊損壞的報(bào)道。其中控制系統(tǒng)、傳感器、通信、SCADA等弱電部件遭受雷害的概率較大，這是因?yàn)檫@些弱電器件的耐過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較弱，雷電電磁脈沖會(huì)使其損壞，但由于維修方便，直接和間接經(jīng)濟(jì)損失與由于葉片損壞所造成的損失相比不算很大。

葉片在遭到直擊雷時(shí)損壞都比較嚴(yán)重，且遭到損毀的葉片不易修復(fù)。離岸或在邊遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)置的機(jī)組，物資運(yùn)輸極其困難，維修人員的開(kāi)銷很大，同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)停止運(yùn)行的收入損失也是巨大的。因此，葉片的雷害最引人關(guān)注。

另外一個(gè)問(wèn)題是現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組的葉片用不能傳導(dǎo)雷電流的復(fù)合材料制成，例如玻璃纖維增強(qiáng)塑料或木材層壓板。在葉片未加防護(hù)時(shí)，一旦被雷電擊中就會(huì)造成損壞。因此，對(duì)這類葉片作防雷要求是必要的。用玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成的機(jī)艙外殼，也應(yīng)當(dāng)采取防直接雷擊措施。

1引言

在我國(guó)風(fēng)電發(fā)展初期，風(fēng)電場(chǎng)大部分集中在年平均雷電日較少的新疆和內(nèi)蒙古等地區(qū)，采用的主要是450kW級(jí)以下的風(fēng)電機(jī)組，雷害問(wèn)題并不突出。隨著我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)速度不斷加快、規(guī)模不斷擴(kuò)大以及風(fēng)電機(jī)組的日益大型化，風(fēng)電機(jī)組的雷害也日益顯露。現(xiàn)階段，我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)不斷向高海拔和沿海地區(qū)拓展，大功率風(fēng)電機(jī)組的塔架最高已經(jīng)超過(guò)120m，是風(fēng)電場(chǎng)中最高大的構(gòu)筑物。在風(fēng)電機(jī)組的20年壽命期內(nèi)，難免會(huì)遭遇到雷電的直擊。中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)于2009年9月在肇慶召開(kāi)的葉片專業(yè)組年會(huì)，將葉片的防雷作為一個(gè)重要問(wèn)題進(jìn)行了研討，說(shuō)明風(fēng)電機(jī)組防雷已經(jīng)引起專家的高度重視。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）第88工作委員會(huì)（IECTC88）在編制風(fēng)電機(jī)組系列標(biāo)準(zhǔn)IEC61400時(shí)，編制了一個(gè)技術(shù)報(bào)告（TR），作為IEC61400系列標(biāo)準(zhǔn)的第24部分于2002年6月出版，其初衷是想為這個(gè)相對(duì)年經(jīng)的工業(yè)提供防雷知識(shí)。該標(biāo)準(zhǔn)在幾年的實(shí)踐中證明，技術(shù)報(bào)告對(duì)防止和減少風(fēng)電機(jī)組的雷害是有效的。但是隨著大型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展和風(fēng)電場(chǎng)向外海的拓展，雷害問(wèn)題比2002年以前更加復(fù)雜和突出。因此，有必要制訂一個(gè)風(fēng)電機(jī)組防雷標(biāo)準(zhǔn)以供風(fēng)電行業(yè)人員使用。將IEC61400由技術(shù)報(bào)告（TR）升級(jí)為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（TS）便提上了議事日程。

2風(fēng)電機(jī)組的雷害

IEC61400-242002中，闡明了不同于其他建筑物的風(fēng)電機(jī)組雷害問(wèn)題，機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及所處場(chǎng)地等因素使其容易遭受雷害。人們已經(jīng)了解建筑物高度對(duì)雷擊過(guò)程的影響。高度超過(guò)60m的建筑物會(huì)發(fā)生側(cè)擊，即部分雷電擊中建筑物側(cè)面而不是建筑物頂部。風(fēng)電機(jī)組塔架是高于60m的構(gòu)筑物，所以側(cè)擊概率比建筑物大很多，并造成嚴(yán)重?fù)p害。另外，從

雷電機(jī)理可知，與上行雷相關(guān)的起始連續(xù)電流轉(zhuǎn)移的電荷量可以高達(dá)300C，也就是說(shuō)，上行雷造成的對(duì)建筑物的損壞比例隨著高度增加而增加，當(dāng)塔架高度超過(guò)100m時(shí)上行雷擊的概率升高。而風(fēng)電機(jī)組一般設(shè)置在風(fēng)力強(qiáng)大的高于周圍地區(qū)的制高點(diǎn)，并且遠(yuǎn)離其他高大物體，例如海岸、丘陵、山脊，這些地區(qū)正是雷電多發(fā)區(qū)，因此更能吸引雷電。據(jù)德國(guó)、丹麥、瑞典等歐洲國(guó)家統(tǒng)計(jì)，雷電引起故障的頻率是，每年每百臺(tái)機(jī)組達(dá)3.9次到8次。直接雷擊可以使葉片遭到損毀；雷電電磁脈沖（雷電感應(yīng)過(guò)電壓）等間接雷擊可以使發(fā)電機(jī)、變壓器、變流器等電氣設(shè)備和控制、通信、SCADA等電子系統(tǒng)遭受災(zāi)難性損壞；也有極個(gè)別的輪轂、齒輪箱、液壓系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)械制動(dòng)器等雷擊損壞的報(bào)道。其中控制系統(tǒng)、傳感器、通信、SCADA等弱電部件遭受雷害的概率較大，這是因?yàn)檫@些弱電器件的耐過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較弱，雷電電磁脈沖會(huì)使其損壞，但由于維修方便，直接和間接經(jīng)濟(jì)損失與由于葉片損壞所造成的損失相比不算很大。

葉片在遭到直擊雷時(shí)損壞都比較嚴(yán)重，且遭到損毀的葉片不易修復(fù)。離岸或在邊遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)置的機(jī)組，物資運(yùn)輸極其困難，維修人員的開(kāi)銷很大，同時(shí)風(fēng)電場(chǎng)停止運(yùn)行的收入損失也是巨大的。因此，葉片的雷害最引人關(guān)注。

另外一個(gè)問(wèn)題是現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組的葉片用不能傳導(dǎo)雷電流的復(fù)合材料制成，例如玻璃纖維增強(qiáng)塑料或木材層壓板。在葉片未加防護(hù)時(shí)，一旦被雷電擊中就會(huì)造成損壞。因此，對(duì)這類葉片作防雷要求是必要的。用玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成的機(jī)艙外殼，也應(yīng)當(dāng)采取防直接雷擊措施。

風(fēng)電機(jī)組是不斷旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，于是又出現(xiàn)了一個(gè)特殊問(wèn)題——雷擊的風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)葉片上多處，并且不止一個(gè)葉片遭到雷擊。原因是一次雷擊包含有幾個(gè)不連續(xù)的脈沖，即雷擊的連續(xù)性，一次雷擊的持續(xù)時(shí)間達(dá)到1s，這一時(shí)間足以使多個(gè)葉片暴露在雷電中（例如一個(gè)3葉片的風(fēng)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)速度為20r/min，那么每個(gè)葉片的運(yùn)動(dòng)速度就為120°/s）。

雷擊葉片時(shí)，雷電流通過(guò)整個(gè)機(jī)組構(gòu)筑物入地，包括槳距軸承、輪轂和主軸軸承、齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)軸承、底座、偏航軸承和塔架。雷電流流經(jīng)齒輪和軸承可使其損壞，特別是在滾輪和滾道之間以及齒輪與輪齒間有潤(rùn)滑層時(shí)，損壞更嚴(yán)重。

風(fēng)電機(jī)組的防雷問(wèn)題，可以理解為有成千上萬(wàn)高度超過(guò)100m的高大建筑物，位于荒郊野地，很容易遭受雷擊。這些構(gòu)筑物內(nèi)有復(fù)雜的電氣和控制設(shè)備，外部用復(fù)合材料制成，還有長(zhǎng)達(dá)60m的旋轉(zhuǎn)的葉片。過(guò)去各國(guó)的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明，位于雷電頻發(fā)地區(qū)的風(fēng)電機(jī)組，在它服務(wù)壽命期內(nèi)，都會(huì)遭到數(shù)次雷擊。因此，風(fēng)電機(jī)組的防雷必須引起人們的注意。

3IEC61400技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概要

3.1IEC61400技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制背景2006年，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）第81委員會(huì)（TC81）完成了系列標(biāo)準(zhǔn)IEC62305：2006ProtectionagainstLightning，我國(guó)于2008年將其等同采用為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T21714—2008《雷電防護(hù)》。這時(shí)，IECTC88第24項(xiàng)目組提出以IEC62305：2006為主要參考文件，將IEC61400：2002由技術(shù)報(bào)告升級(jí)為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。第24項(xiàng)目組希望有更多的防雷專家與風(fēng)電機(jī)組的制造商合作，將防雷專家咨詢變?yōu)榉览讓＜覅⑴c完成防雷工作。雖然，風(fēng)電機(jī)組的防雷還有一些未解決的難題（如葉片的有效防雷），但過(guò)去幾十年的研究和經(jīng)驗(yàn)證明，只要采取的措施得當(dāng)，風(fēng)電機(jī)組是可以防范雷電損壞的。

新的IEC61400-24注重將現(xiàn)存的IEC62305系列防雷標(biāo)準(zhǔn)、IEC61000系列EMC標(biāo)準(zhǔn)、電機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、電氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)兼顧，并考慮將葉片和最新的航空工業(yè)的研究成果和發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)SAE/EUROCAE等應(yīng)用到風(fēng)電機(jī)組上，以達(dá)到保護(hù)電器和控制系統(tǒng)以及整個(gè)機(jī)組結(jié)構(gòu)的目的。新的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)用試驗(yàn)證明防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性，提出對(duì)葉片進(jìn)行高電壓大電流試驗(yàn)。高電壓大電流試驗(yàn)最初用來(lái)進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)合格檢驗(yàn)，現(xiàn)在許多葉片制造廠家已經(jīng)用來(lái)檢驗(yàn)葉片和風(fēng)電機(jī)組雷電導(dǎo)流系統(tǒng)中的分離部件的導(dǎo)流和耐流能力。

3.2新IEC61400-24處理的主要題目

3.2.1風(fēng)電機(jī)組雷電環(huán)境定義

新IEC61400-24認(rèn)為，IEC62305-1定義的雷電流參數(shù)基本上也可用于風(fēng)電機(jī)組的雷電防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及防雷部件的選擇和測(cè)試。

在IEC62305-1中，根據(jù)構(gòu)筑物預(yù)期的雷擊電流大小，將雷電防護(hù)水平分為表1所示的幾類。

我國(guó)各地雷電環(huán)境不同，預(yù)期的雷電流大小也不一樣，應(yīng)當(dāng)根據(jù)我國(guó)不同地域使用和規(guī)定防護(hù)水平。要考慮我國(guó)大多數(shù)地區(qū)雷電直接擊中葉片時(shí)，電流達(dá)到200kA的概率極小。

風(fēng)電機(jī)組中的易損器件是接閃器（安裝在葉尖）、接閃器系統(tǒng)、滑動(dòng)接觸器、火花間隙和電涌保護(hù)器（SPD）等，雷擊轉(zhuǎn)移的總電荷是確定材料易損（熔化）以及維修需求的關(guān)鍵參數(shù)。增加易損器件的耐受雷電能力，重新設(shè)計(jì)這些部件的可靠性，使風(fēng)電機(jī)組在其壽命期內(nèi)可以抵御磨損和破裂。

圖1設(shè)置在山峰上的風(fēng)電機(jī)組高度H的確定示意圖

3.2.2風(fēng)電機(jī)組雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

IEC61400-24：2002按照IEC/TR261662Ed.1.0來(lái)評(píng)估風(fēng)電機(jī)組的雷害。新標(biāo)準(zhǔn)遵循IEC62305-2RiskManagement（風(fēng)險(xiǎn)管理）的雷電環(huán)境和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序評(píng)估風(fēng)電機(jī)組的雷害，使其符合風(fēng)電機(jī)組的情況。新標(biāo)準(zhǔn)建議計(jì)算等效雷擊截收面積時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的高度應(yīng)為輪轂高度與風(fēng)輪半徑之和的高度，同時(shí)還要考慮地形的變化（圖1）。

圖2供電和通信電纜連接的將風(fēng)電機(jī)組和其它建筑物連接時(shí)的雷電截收面積

在計(jì)算等效雷擊截收面積時(shí),考慮高度為Ha的風(fēng)電機(jī)組等效雷擊截收面積以及與機(jī)組連接的高度為Hb的建筑物等效雷擊截收面積之和，還有與之相連的地下電纜長(zhǎng)度Lc相關(guān)的面積（圖2）。

圖3雷電防護(hù)區(qū)LPZ的應(yīng)用（圖中，1為L(zhǎng)PZ1區(qū)，2為L(zhǎng)PZ2區(qū)）

篇二：風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷系統(tǒng)

新疆大學(xué)課程大作業(yè)

題目：風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷系統(tǒng)

班級(jí):電氣09-2班

姓名：艾米杜拉·阿布杜熱依木

學(xué)號(hào)：20092101427

專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化

指導(dǎo)教師：王海云

時(shí)間：2013年5月28日

一、概述

風(fēng)能是當(dāng)前技術(shù)最成熟、最具備規(guī)模開(kāi)發(fā)條件的可再生潔凈能源。風(fēng)能發(fā)電為人與自然和諧發(fā)展提供了基礎(chǔ)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是在自然環(huán)境下工作，不可避免的會(huì)受到自然災(zāi)害的影響。

由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來(lái)越大，為了吸收更多能量，輪轂高度和葉輪直徑隨著增高，風(fēng)機(jī)的高度和安裝位置決定了它是雷擊的首選通道，而且風(fēng)機(jī)內(nèi)部集中了大量敏感的電氣、電子設(shè)備，一次雷擊帶來(lái)的損壞將是非常大的。因此，必須為風(fēng)機(jī)內(nèi)的電氣、電子設(shè)備安裝完整的防雷保護(hù)系統(tǒng)。通過(guò)安裝防雷保護(hù)裝置，設(shè)備得到了保護(hù)，維護(hù)和維修費(fèi)用降低，并且可以提高設(shè)備正常工作的時(shí)間。從效率方面考慮，應(yīng)該從風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)階段就考慮其防雷保護(hù)的問(wèn)題，這樣就可以避免日后的昂貴的維修費(fèi)用和改造工程。只有可靠工作的設(shè)備才能讓投資盡快收回。也只有如此，才能讓更多的潛在投資者接受這一系統(tǒng)。

二、風(fēng)電機(jī)組綜合防雷保護(hù)系統(tǒng)

1、雷電對(duì)風(fēng)電機(jī)組的危害

雷電對(duì)風(fēng)電機(jī)組的危害風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常位于開(kāi)闊的區(qū)域，而且很高，所以整個(gè)風(fēng)機(jī)是暴露在直接雷擊的威脅之下，被雷電直接擊中的概率是與該物體的高度的平方值成正比。兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片高度達(dá)到150m以上，因此風(fēng)機(jī)的葉片部分特別容易被雷電擊中。風(fēng)機(jī)內(nèi)部集成了大量的電氣、電子設(shè)備，可以說(shuō)，我們平常用到的幾乎每一種電子元件和電氣設(shè)備，都可以在一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組中找到其應(yīng)用，例如開(kāi)關(guān)柜、馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)裝置、變頻器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及相應(yīng)的總線系統(tǒng)等。這些設(shè)備都集中在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)。毫無(wú)疑問(wèn)，電涌可以給風(fēng)電機(jī)組帶來(lái)相當(dāng)嚴(yán)重的損壞。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)遭雷擊損壞后，由于故障損害的分析和后續(xù)的維修，會(huì)有一段時(shí)間的停工期。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)營(yíng)者來(lái)說(shuō)，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)是負(fù)擔(dān)不起的。風(fēng)機(jī)高昂的首次投資費(fèi)用必須在有限的時(shí)間內(nèi)收回，因此必須采取措施保證設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。從廣泛使用的雷暴活動(dòng)水平這一指標(biāo)中，我們可以知道某一地區(qū)一年中云對(duì)地閃擊的次數(shù)。

在歐洲，海岸地區(qū)和較低海拔的山區(qū)每年每平方公里發(fā)生的云‐地閃擊一般按照1次到3次來(lái)估算。平均每年的預(yù)計(jì)落雷數(shù)可以按照下列公式來(lái)計(jì)算：

n=2.4×10‐5×Ng×H2.05Ng每年每平方公里的云‐地閃擊數(shù)，H為物體的高度假設(shè)每平方公里年平均云‐地閃擊數(shù)是2，一個(gè)75m高的物體，其雷擊概率大約是每三年一次。兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)（H≥150m）的落雷數(shù)可以達(dá)到每12個(gè)月一次。在設(shè)計(jì)防雷裝置時(shí)，還要考慮的是：當(dāng)暴露在雷電直擊范圍內(nèi)的物體高度超過(guò)60m時(shí)，除了云‐地閃擊之外，地‐云的閃擊也會(huì)出現(xiàn)。地‐云閃擊也稱作向上閃擊，它從地面先導(dǎo)，伴隨更大的雷擊能量。地‐云閃擊的影響對(duì)于風(fēng)機(jī)葉片的防雷設(shè)計(jì)和第一級(jí)防雷器的設(shè)計(jì)非常重要。

根據(jù)長(zhǎng)期觀察，雷擊造成的損壞中除了機(jī)械損壞之外，風(fēng)機(jī)的電子控制部分也常常損壞，主要有：變頻器、過(guò)程控制計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)速表傳感器、測(cè)風(fēng)裝置。

2、防雷保護(hù)措施

防雷保護(hù)區(qū)概念是規(guī)劃風(fēng)力發(fā)電機(jī)綜合防雷保護(hù)的基礎(chǔ)。它是一種對(duì)結(jié)構(gòu)空間的設(shè)計(jì)方法，以便在構(gòu)筑物內(nèi)創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定的電磁兼容性環(huán)境（圖1），構(gòu)筑物內(nèi)不同電氣設(shè)備的抗電磁干擾能力的大小決定了對(duì)這一空間電磁環(huán)境的要求。

圖1風(fēng)力發(fā)電機(jī)雷電保護(hù)區(qū)概念（LPZ）

作為一種保護(hù)措施，防雷保護(hù)區(qū)概念當(dāng)然就包括了應(yīng)在防雷保護(hù)區(qū)的邊界處，將電磁干擾（傳導(dǎo)性干擾和輻射性干擾）降低到可接受的范圍內(nèi)，因此，被保護(hù)的構(gòu)筑物的不同部分被細(xì)分為不同的防雷保護(hù)區(qū)。防雷保護(hù)區(qū)的具體劃分結(jié)果與風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)有關(guān)，并且也要考慮這一結(jié)構(gòu)建筑形式和材料。通過(guò)設(shè)置屏蔽裝置和安裝電涌保護(hù)器，雷電在防雷保護(hù)區(qū)0A區(qū)的影響在進(jìn)入1區(qū)時(shí)被大大縮減，風(fēng)電機(jī)組內(nèi)的電氣和電子設(shè)備就可以正常工作，不受干擾。

按照防雷保護(hù)分區(qū)的概念，一個(gè)綜合防雷系統(tǒng)包括：

1)外部防雷保護(hù)系統(tǒng)：接閃器、引下線、接地系統(tǒng)。

2)內(nèi)部防雷保護(hù)系統(tǒng)：防雷擊等電位連接、電涌保護(hù)、屏蔽措施

下面作詳細(xì)介紹。

3、外部防雷保護(hù)系統(tǒng)

外部防雷保護(hù)系統(tǒng)由接閃器、引下線和接地系統(tǒng)組成，它的作用是防止雷擊對(duì)風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)的損壞以及火災(zāi)危險(xiǎn)。

1)接閃器

雷擊風(fēng)力發(fā)電機(jī)的落雷點(diǎn)一般是在風(fēng)機(jī)的槳葉上，因此接閃器應(yīng)預(yù)先布置在槳葉的預(yù)計(jì)雷擊點(diǎn)處以接閃雷擊電流。為了以可控的方式傳導(dǎo)雷電流入地，槳葉上的接閃器通過(guò)金屬連接帶連接到中間部位，金屬連接帶可采用30×3.5mm鍍鋅扁鋼。對(duì)于機(jī)艙內(nèi)的滾珠軸承，為了避免雷電在通過(guò)軸承時(shí)引起的焊接效應(yīng)，應(yīng)將其兩端通過(guò)碳刷或者放電間隙橋接起來(lái)。對(duì)于位于機(jī)艙頂部的設(shè)施（例如風(fēng)速計(jì)）的防雷保護(hù)，采用避雷針的方式安裝在機(jī)艙頂部，保護(hù)該設(shè)備不受直接雷擊。

2)引下線

如果是金屬塔，可以直接將塔架作為引下線來(lái)使用；如果是混凝土塔身，那么采用內(nèi)置引下線（鍍鋅圓鋼φ8～10mm，或者鍍鋅扁鋼30×3.5mm）。

3)接地系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的接地由塔基的基礎(chǔ)接地極提供，塔基的基礎(chǔ)接地網(wǎng)應(yīng)與周圍的操作室的基礎(chǔ)接地極相連構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)狀接地體（如圖2）。這樣就形成了一個(gè)等電位連接區(qū)，當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)就可以消除不同點(diǎn)的電位差。

圖2風(fēng)機(jī)和操作室的接地系統(tǒng)

4、內(nèi)部防雷保護(hù)系統(tǒng)

內(nèi)部防雷保護(hù)系統(tǒng)是由所有的在該區(qū)域內(nèi)縮減雷電電磁效應(yīng)的設(shè)施組成。主要包括防雷擊等電位連接、屏蔽措施和電涌保護(hù)。

1)防雷擊等電位連接

防雷擊等電位連接是內(nèi)部防雷保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分。等電位連接可以有效抑制雷電引起的電位差。在防雷擊等電位連接系統(tǒng)內(nèi)，所有導(dǎo)電的部件都被相互連接，以減小電位差。在設(shè)計(jì)等電位連接時(shí)，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)考慮其最小連接橫截面積。一個(gè)完整的等電位連接網(wǎng)絡(luò)也包括金屬管線和電源、信號(hào)線路的等電位連接，這些線路應(yīng)通過(guò)雷電流保護(hù)器與主接地匯流排相連。

2)屏蔽措施

屏蔽裝置可以減少電磁干擾。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性，如果能在設(shè)計(jì)階段就考慮到屏蔽措施，那么屏蔽裝置就可以以較低成本實(shí)現(xiàn)。機(jī)艙應(yīng)該制成一個(gè)封閉的金屬殼體，相關(guān)的電氣和電子器件都裝在開(kāi)關(guān)柜，開(kāi)關(guān)柜和控制柜的柜體應(yīng)具備良好的屏蔽效果。在塔基和機(jī)艙的不同設(shè)備之間的線纜應(yīng)帶有外部金屬屏蔽層。對(duì)于干擾的抑制，只有當(dāng)線纜屏蔽的兩端都連接到等電位連接帶時(shí)，屏蔽層對(duì)電磁干擾的抑制才是有效的。

3)電涌保護(hù)

除了使用屏蔽措施來(lái)抑制輻射干擾源以外，對(duì)于防雷保護(hù)區(qū)邊界處的傳導(dǎo)性干擾也需要有相應(yīng)的保護(hù)措施，這樣才能讓電氣和電子設(shè)備可靠的工作。在防雷

保護(hù)區(qū)0A→1的邊界處必須使用防雷器，它可以導(dǎo)走大量的分雷電流而不會(huì)損壞設(shè)備。這種防雷器也稱之為雷電流保護(hù)器（I級(jí)防雷器），它們可以限制接地的金屬設(shè)施和電源、信號(hào)線路之間由雷電引起的高電位差，將其限制在安全的范圍之內(nèi)。雷電流保護(hù)器的最重要的特性是：按照10/350μs脈沖波形測(cè)試，可以承受雷擊電流。對(duì)風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，電源線路0A→1邊界處的防雷保護(hù)是在400/690V電源側(cè)完成的。

在防雷保護(hù)區(qū)以及后續(xù)防雷區(qū)，僅有能量較小的脈沖電流存在，這類脈沖電流是由外部的感應(yīng)過(guò)電壓產(chǎn)生，或者是從系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的電涌。對(duì)于這一類脈沖電流的保護(hù)設(shè)備叫作電涌保護(hù)器（II級(jí)防雷器）。用8/20μs脈沖電流波形進(jìn)行測(cè)試,從能量協(xié)調(diào)的角度來(lái)說(shuō)，電涌保護(hù)器需要安裝在雷電流保護(hù)器的下游。當(dāng)在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)安裝電涌保護(hù)器時(shí)，與電源系統(tǒng)上安裝的電涌保護(hù)器不同的是電涌保護(hù)器與測(cè)控系統(tǒng)的兼容性以及測(cè)控系統(tǒng)本身的工作特性需要特別注意。這些保護(hù)器與數(shù)據(jù)線串聯(lián)連接，而且必須將干擾水平限制在被保護(hù)設(shè)備的耐受能力以內(nèi)。

三、風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部電氣、電子設(shè)備的電涌保護(hù)

根據(jù)風(fēng)機(jī)內(nèi)設(shè)備的不同以及電涌保護(hù)器安裝位置的不同，將風(fēng)機(jī)內(nèi)設(shè)備的電涌保護(hù)分成7個(gè)部分，以下具體介紹電涌保護(hù)器在各個(gè)不同設(shè)備中的配置。分別是：

1）發(fā)電機(jī)的保護(hù)

2）機(jī)艙開(kāi)關(guān)柜的保護(hù)

3）變槳系統(tǒng)的保護(hù)

4）塔基變頻柜的保護(hù)

5）塔基控制柜的保護(hù)

6）變壓器端的保護(hù)

接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：

建造一個(gè)圍繞風(fēng)力發(fā)電機(jī)、與塔架相連接的環(huán)形接地系統(tǒng)。塔架的加強(qiáng)鋼筋應(yīng)該與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的接地系統(tǒng)進(jìn)行焊接。

圖3風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部電氣、電子設(shè)備的電涌保護(hù)

所有接地電極、地下金屬物件以及接地系統(tǒng)互相連接。在一個(gè)風(fēng)電接地系統(tǒng)應(yīng)該與場(chǎng)中，所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的接地系統(tǒng)應(yīng)互相連接。接地系統(tǒng)一定要緊湊，接

篇三：高原型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)規(guī)范

CGC

北京鑒衡認(rèn)證中心認(rèn)證技術(shù)規(guī)范

CGC/GF024:2012CNCA/CTS0011-2013

高原型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)規(guī)范

TechnicalSpecificationforhighattitudewind

turbines

2013-09-11發(fā)布2013-10-01實(shí)施

北京鑒衡認(rèn)證中心

發(fā)布

目次

前言II1范圍12規(guī)范性引用文件13術(shù)語(yǔ)和定義24通用要求25技術(shù)條件36檢驗(yàn)77標(biāo)志、標(biāo)簽和使用說(shuō)明書88運(yùn)輸、貯存和安裝9附錄A（資料性附錄）10

前言

為規(guī)范高原地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組認(rèn)證，特制定本規(guī)范。本規(guī)范按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。本規(guī)范由北京鑒衡認(rèn)證中心有限公司提出并歸口。本規(guī)范由北京鑒衡認(rèn)證中心有限公司負(fù)責(zé)解釋。

本規(guī)范主要起草單位：北京鑒衡認(rèn)證中心有限公司、南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司、東方汽輪機(jī)有限公司、新疆金風(fēng)科技股份有限公司、天津瑞能電氣有限公司、北車風(fēng)電有限公司

本規(guī)范主要起草人：黃志文、王靛、王百方、莫爾兵、于良峰、楊洪源、張新強(qiáng)、巫發(fā)明、王丹丹、孟慶順、曹貝貞、周新亮

高原型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)規(guī)范

1范圍

本規(guī)范適用于安裝在海拔高度2000m～4000m高原地區(qū)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱機(jī)組），4000m以上地區(qū)可參照?qǐng)?zhí)行。

本規(guī)范可作為機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)和認(rèn)證的依據(jù)。2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。。

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GB/T1094.11電力變壓器第11部分：干式變壓器GB/T1766-2008色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法

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GB/T9969-2008工業(yè)產(chǎn)品使用說(shuō)明書總則GB/T11804電工電子產(chǎn)品環(huán)境條件術(shù)語(yǔ)

GB