山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷技術(shù)探討

張金良，魏錫鵬

內(nèi)蒙古華電玫瑰營風(fēng)力發(fā)電有限公司

前言：

對于地球日益污染的環(huán)境來說，可再生資源能夠充分利用越來越受到社會各界的關(guān)注。而風(fēng)能作為可再生的、潔凈的能源則都成為各國非常青睞的對象。近些年來，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所帶來的風(fēng)能經(jīng)濟(jì)效益不斷推進(jìn)著人們提高對風(fēng)力發(fā)電的開發(fā)和利用。從我國的風(fēng)力發(fā)電來看，其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到世界第一位。如何在短時間內(nèi)解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在山區(qū)避免雷擊，減少雷電對山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的攻擊就成為電力行業(yè)共同的話題。

1.雷電對山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要攻擊對象

雷電無論是對哪些機(jī)電設(shè)備造成攻擊，所造成的損失都是無可估量的。而山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為（處于）一個更為敏感的地帶就更需要嚴(yán)格做好防雷設(shè)計。山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中哪些是造成雷電的主要攻擊對象呢？對于此問題應(yīng)首先明確雷電現(xiàn)象的主要原理：

首先，雷電攻擊容易損壞電子部件，這是在雷雨天氣，大氣層和大地之間存在放電現(xiàn)象，其釋放出的電流可達(dá)幾萬伏，具有高能量的破壞力。而在高山中，發(fā)電機(jī)組安裝在地勢較高的區(qū)域，受到雷電直擊的概率明顯增加，尤其是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片，是遭到雷電攻擊的主要對象，雷電一旦擊中此部位，強(qiáng)大的電流就由外進(jìn)入防雷裝置的接閃器內(nèi)，通過引下線接地走遍風(fēng)電機(jī)組的全身，外部的金屬導(dǎo)體也會和內(nèi)部的電流產(chǎn)生連接，構(gòu)成雷擊電磁脈沖，此時的微電子設(shè)備是十分脆弱的，從電源線接口的控制接口形成渠道電源，從而將整個風(fēng)電機(jī)組損壞。

2.山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷技術(shù)

2.1 風(fēng)力發(fā)電組中的機(jī)艙防雷

山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部的主要防雷在于機(jī)艙內(nèi)部的防雷。在機(jī)艙內(nèi)部的尾部安裝避雷針，將機(jī)架固定到機(jī)艙上能夠起到很好的防雷效果。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的葉片也是雷電攻擊的主要對象，對于防雷中設(shè)備的損壞大多都是通過雷擊葉片造成的，因此在機(jī)艙的首尾都要安裝避雷針，目前大部分的機(jī)艙都是由金屬制成的。因此，根據(jù)金屬的特點應(yīng)將機(jī)艙的低速軸承和發(fā)電機(jī)的幾座相連接，只有這樣才能夠產(chǎn)生很好的防雷效果。由于山區(qū)地勢較高，在雷雨天氣機(jī)艙外部環(huán)境復(fù)雜惡劣，這遭受雷擊的概率就大大增加。因此對于機(jī)艙外部的傳感器應(yīng)做好防雷設(shè)計，對于傳感器內(nèi)部的高度來說應(yīng)按不同程度安裝避雷針，并分別用銅芯電纜和機(jī)艙內(nèi)的電位母線相連接。對于電子系統(tǒng)防雷設(shè)計來說，風(fēng)力發(fā)電機(jī)是由系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的配電及變壓電系統(tǒng)組成，其中，配電變壓器主要在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中起到供電作用，做好變壓器的防雷設(shè)計不僅能夠有效的防止變壓器的損壞，還能夠防止電流通過變壓器傳到發(fā)電機(jī)組內(nèi)，這樣的防護(hù)措施可通過在普通閥型兩側(cè)的避雷器安裝氧化避雷器，通過發(fā)電機(jī)的防雷設(shè)計將變電壓電阻構(gòu)成抑制差模電壓，這樣一個保護(hù)電路就能夠暫時性的起到一次性抑制電壓的作用，從而實現(xiàn)自然環(huán)境下設(shè)置多級保護(hù)電路。

2.2 接地保護(hù)

為了保證發(fā)電機(jī)組在雷擊過程中的安全性，接地保護(hù)是必備條件。風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般分布在土地面積很大的地區(qū)，而土地的電阻率通常比較高，因此在進(jìn)行防雷設(shè)計時接地部分不能按照一般的電氣設(shè)備的接地方式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在建造前會事先在附近布置若干小型的接地網(wǎng)，單個的接地網(wǎng)并不能滿足接地電阻的要求"，解決的方法就是將所有的接地網(wǎng)連接在一起"，以此來達(dá)到降低風(fēng)電場的接地電阻的效果，還可以在接地網(wǎng)之間鋪設(shè)金屬導(dǎo)體，目的是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭受雷擊時降低風(fēng)電場的地電位，從而較大地降低雷擊對變壓器等的危害程度，葉片防雷設(shè)計雷電釋放巨大的能量會使葉片溫度急劇升高，從而分解氣體高溫膨脹壓力瞬間上升造成爆裂破壞。

2.3 風(fēng)電機(jī)組中光纜的保護(hù)措施

在實際作業(yè)中，我們可以根據(jù)光線不導(dǎo)電的這一特點，將鋼絲與金屬護(hù)套增加在光纜之中。通常情況下在設(shè)置連續(xù)盒對光纜進(jìn)行接續(xù)時，多將注意力放在光線熔接之上，而將兩端光纜的鋼絲固定在接續(xù)盒的兩端支架會上，以此形成一個天然的間隙，而這種設(shè)計方法一旦發(fā)生很高的雷電電壓知識，光纜中的鋼絲以及金屬護(hù)套勢必會向另一側(cè)的鋼絲與金屬護(hù)套放電，而在放電的過程中勢必會產(chǎn)生巨大的火花，造成接續(xù)盒內(nèi)光纖的斷裂。所以，為了進(jìn)一步解決這一問題，在實際施工作業(yè)中，就應(yīng)該將光纖盒內(nèi)的光纖鋼絲以及金屬護(hù)套用導(dǎo)線進(jìn)行連接，并且與吊掛光纜的鋼紋也一并連接上，從而做到規(guī)避雷電損害的最終目的。

結(jié)束語：

綜上所述，從近些年來世界各地所發(fā)生的山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因雷擊而造成的事故看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)機(jī)組燃燒和電控系統(tǒng)的崩潰現(xiàn)象出現(xiàn)十分常見，而從發(fā)電機(jī)組受到雷擊的破壞性來看，對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的維修和更換費用十分昂貴，因此，在山區(qū)架設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組時應(yīng)嚴(yán)格注重對發(fā)電機(jī)組的防雷保護(hù)，這也應(yīng)作為防雷技術(shù)中一項較強(qiáng)的綜合性基礎(chǔ)工程，也只有這樣，才能保證在山區(qū)的風(fēng)力發(fā)電組能夠穩(wěn)定的工作，保證工業(yè)和居民生活的正常用電，減少經(jīng)濟(jì)損失。

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