風(fēng)力發(fā)電廠的防雷工程設(shè)計原則和實現(xiàn)途徑

張 強(qiáng)

內(nèi)蒙古蒙電華能熱電股份白云鄂博風(fēng)電場，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020

0 引言

風(fēng)能是現(xiàn)代社會下最具開發(fā)規(guī)模的可再生資源，風(fēng)力發(fā)電是人與自然和諧發(fā)展的重要體現(xiàn)，近些年來，我國的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)得到了十分迅速的發(fā)展，但是，由于發(fā)展時間相對較短，與其他發(fā)達(dá)國家相比，我國風(fēng)力發(fā)電在發(fā)展過程中還存在著一些不足之處。風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組工作的環(huán)境是風(fēng)力較大的自然環(huán)境下，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，難免會受到自然災(zāi)害的影響，在眾多的自然災(zāi)害中對風(fēng)力發(fā)電廠影響最大的當(dāng)屬雷擊。在目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)的容量不斷的增加，葉輪直徑以及輪轂的高度也隨之增加，雷擊風(fēng)險也被無形放大，一旦發(fā)生雷擊，雷電釋放出的能量不僅會造成發(fā)電機(jī)絕緣擊穿、發(fā)電機(jī)組葉片損毀、控制元器件燒毀等后果，還可能會造成工作人員的傷亡，我國很多地區(qū)的地形復(fù)雜，容易受到雷暴的影響，因此，為了降低雷擊為風(fēng)力發(fā)電廠帶來的影響，必須做好對防雷工程進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計。

1 風(fēng)力發(fā)電廠防雷工程的設(shè)計原則和實現(xiàn)途徑

風(fēng)力發(fā)電廠的防雷工程是一個系統(tǒng)的工程，其內(nèi)容包括直擊雷的防護(hù)、感應(yīng)雷的防護(hù)、屏蔽措施、等電位連接措施、電涌保護(hù)器的安裝、布線的控制等部分組成，為了實現(xiàn)各個組成部分的防雷要求，風(fēng)力發(fā)電廠的綜合防雷工作必須要有外部防直擊雷系統(tǒng)、等電位連續(xù)以及過電壓保護(hù)裝置三個系統(tǒng)，在風(fēng)力發(fā)電廠防雷工程的設(shè)計中要遵循綜合治理、全面規(guī)劃、多重保護(hù)的原則，將內(nèi)部防雷措施與外部防雷措施進(jìn)行整合，做到技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)方便。對于具體部分的防雷設(shè)計，可以從以下幾個方面進(jìn)行：

1.1 外部防雷系統(tǒng)的設(shè)計

1）葉片的防雷保護(hù)

一般情況下，大型風(fēng)電機(jī)組的高度都超過了70m，安裝地域也位于山地、海邊或者曠野處，容易遭受雷擊的危害，葉片處于整個發(fā)電機(jī)組的頂點，也是最易受到損害的部件，葉片包括無葉尖阻尼器的葉片和有葉尖阻尼器的葉片，對于無葉尖阻尼器的葉片可以在其葉尖部分將金屬導(dǎo)體或者銅網(wǎng)布設(shè)置待葉尖部分的玻璃纖維表層，預(yù)埋至葉根處金屬法蘭與葉片的銅導(dǎo)線處，形成接閃器，起到防雷保護(hù)的作用；對于有葉尖阻尼器結(jié)構(gòu)的葉片，由于其整個葉片被分為兩部分，可以將接閃器通過阻尼器軸與葉尖阻尼器的鋼絲相連，從而發(fā)揮防雷保護(hù)的作用。

2）機(jī)艙的防雷保護(hù)

很多風(fēng)力發(fā)電機(jī)廠家在設(shè)置機(jī)艙時都設(shè)置和相關(guān)的防雷保護(hù)裝置，稱之為避雷棒，機(jī)艙的主機(jī)架直接與頂端避雷棒以及葉片相連，避雷棒可以保護(hù)風(fēng)標(biāo)以及風(fēng)速計免受雷擊的傷害，此外，還可以迅速的將接地網(wǎng)中的直擊雷導(dǎo)走，防止機(jī)艙受到雷擊的破壞。

3）接地網(wǎng)的防雷設(shè)計

接地網(wǎng)處于混泥土基礎(chǔ)周圍，一般接地網(wǎng)中都會包括一定數(shù)量的銅環(huán)導(dǎo)線，作為銅導(dǎo)電環(huán)的相應(yīng)補(bǔ)充，銅導(dǎo)電環(huán)是連接在塔架相反的位置，再將地面控制器連接到連點中，還有一些設(shè)計在塔基與銅環(huán)導(dǎo)體之間設(shè)置了環(huán)導(dǎo)體，以便進(jìn)一步改善跨步電壓，如果風(fēng)機(jī)的位置處于高度電阻區(qū)域內(nèi)，那么地網(wǎng)的延伸必須要符合相關(guān)的要求。

1.2 內(nèi)部防雷系統(tǒng)的設(shè)計

1）等電位連接

將風(fēng)標(biāo)、風(fēng)速計以及避雷針一起接入到等電位之中，對于機(jī)艙的金屬組件如發(fā)電機(jī)、主軸承、齒輪箱、液壓站等要選擇適宜尺寸的接地帶，將其連接到機(jī)艙主框內(nèi)，并設(shè)置好封閉金屬盒，將其連接到等電位中，防止出現(xiàn)局部電壓過高的情況，保證各點的電位可以均衡。

2）隔離設(shè)計

為了更好的起到防雷作用，塔頂控制器以及機(jī)艙控制器中的通信部分應(yīng)該全部使用光纖進(jìn)行連接，以便實現(xiàn)廣電隔離的效果，對于內(nèi)部的控制器和傳感器，要使用不同的電流進(jìn)行供電，實現(xiàn)電源隔離的效果，對于重點電氣部分，要使用隔離變壓器進(jìn)行供電。

3）過電壓防雷保護(hù)

對于開關(guān)盤、發(fā)電機(jī)的電源線路要使用電源防雷器進(jìn)行保護(hù)，在控制其信號電纜終端、模塊電子組件等部位時，要同時使用信號防雷保護(hù)對電源爐前進(jìn)行防雷保護(hù)，防雷器的設(shè)計要嚴(yán)格的按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣原理圖以及防雷分區(qū)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.3 電磁屏蔽

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為高聳的塔式結(jié)構(gòu)，緊湊性較強(qiáng)，控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)離塔壁很近，因此發(fā)電機(jī)組的水平軸、風(fēng)輪、機(jī)艙等都會受到雷擊的影響，機(jī)艙內(nèi)的控制系統(tǒng)以及發(fā)電機(jī)也容易受到機(jī)艙高電位反擊的影響，在控制回路和電源沿塔筒引下的過程中，也會受到雷擊的反擊。因此，對于發(fā)電機(jī)組的繼電保護(hù)、控制系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、計算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)都需要安裝過電壓保護(hù)裝置。信息和電力回路的電壓保護(hù)裝置應(yīng)該由機(jī)艙到地面的變流器和并網(wǎng)柜之中，塔頂?shù)目刂乒癯仨毷褂闷帘坞娎|以外，還要將其穿入接地鐵管中，降低電纜的反擊率，保證均壓、分流、接地、屏蔽等系統(tǒng)可以得到較好的防護(hù)。

1.4 機(jī)艙內(nèi)部柜的防護(hù)

在機(jī)艙內(nèi)部各種各樣柜的出線和進(jìn)線處必須要嚴(yán)格遵照規(guī)定要求劃分雷電保護(hù)區(qū)域，根據(jù)評估結(jié)果進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)使用性質(zhì)確定雷電保護(hù)的等級，一般可以在被保護(hù)設(shè)備處安裝三級浪涌保護(hù)器，第一級使用開關(guān)型電涌保護(hù)器、第二級和第三級則使用限壓型電涌保護(hù)器，每個保護(hù)器的參數(shù)設(shè)置必須要符合相關(guān)規(guī)定的最小值。一級放電電流In ≥15KA，二級放電電流In ≥40KA，三級放電電流≥20KA。

[1]鄭鵬鵬.風(fēng)力發(fā)電廠發(fā)電廠防雷的特殊性.福建電力與電工[期刊論文]，2006，12(30).

[2]孫曙光，張德生，林明. 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷方案分析與探討[期刊論文].黑龍江科技信息，2010，2(25).