風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的綜合防雷技術(shù)措施研究

梅迪斯

摘 要：文章針對目前我國風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)狀以及雷擊對風(fēng)電機(jī)組所造成的危害，基于綜合防雷技術(shù)對風(fēng)電機(jī)組安全和可靠運(yùn)行的重要性，提出了幾種比較有效的風(fēng)電機(jī)組綜合防雷技術(shù)措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;綜合防雷技術(shù);雷擊

電力負(fù)荷的增加也使得對電能的需求在不斷增長，加之目前傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)的環(huán)境污染問題也引起人們的關(guān)注，風(fēng)力發(fā)電能新型環(huán)保綠色發(fā)電形式則成為目前追捧的焦點(diǎn)。在目前我國不斷加大風(fēng)電場的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量，而且提高風(fēng)電機(jī)組容量和參數(shù)的同時(shí)，也增加了風(fēng)機(jī)的高度以及葉輪直徑，導(dǎo)致在其運(yùn)行中也出現(xiàn)了其中比較嚴(yán)重的雷擊問題。而且對目前風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中的故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，雷擊問題也是導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組損壞的主要原因之一。這就需要在目前風(fēng)電機(jī)組快速發(fā)展的同時(shí)，做好綜合防雷技術(shù)的研究以及應(yīng)用工作。

1 雷擊對風(fēng)電機(jī)組的危害

由于風(fēng)電機(jī)組的特點(diǎn)，其通常需要在海岸、丘陵以及山脊等地區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的建設(shè)，但是這些地區(qū)同時(shí)也屬于雷電的多發(fā)地區(qū)，在目前風(fēng)機(jī)高度和葉輪直徑不斷增加的同時(shí)，也導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組成為附近地區(qū)中的制高點(diǎn)，與其他的高達(dá)物體也具有較遠(yuǎn)的距離，也是導(dǎo)致其容易遭受雷擊的主要原因。此外，由于風(fēng)電機(jī)組中存在較多的葉輪和機(jī)艙蓋等暴露部件，而且這些部件通常由復(fù)合材料制成，通常無法承受直擊雷或者對直擊雷電流進(jìn)行傳導(dǎo)。而且也由于葉片是在不斷旋轉(zhuǎn)的，也對導(dǎo)流作用造成不利影響。此外由于雷電具有較大的沖擊電流、時(shí)間短、雷電流變化梯度比較大以及在較大的沖擊電壓和較強(qiáng)的電流下會(huì)產(chǎn)生交變磁場，甚至導(dǎo)致感應(yīng)電壓在上億伏以上。對風(fēng)電機(jī)組所造成的危害主要表現(xiàn)為直擊雷造成的直接危害、由于雷電奶沖沿著線路進(jìn)入設(shè)備而造成的危害、設(shè)備接地體受到雷擊時(shí)產(chǎn)生瞬間高電位而被損壞、由于設(shè)備安裝方法和位置出現(xiàn)問題而導(dǎo)致在電場和磁場作用下出現(xiàn)的危害等類型。此危害主要表現(xiàn)在風(fēng)電機(jī)組的葉片在受到搶到的雷擊電流作業(yè)時(shí)會(huì)導(dǎo)致葉尖結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度升高且水分受汽化而膨脹，在此機(jī)械力作用下會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)葉尖結(jié)構(gòu)爆裂甚至是整個(gè)葉片開裂的問題。

2 風(fēng)電機(jī)組的綜合防雷技術(shù)措施

2.1 直接雷防護(hù)

由于風(fēng)電機(jī)組中的風(fēng)機(jī)主體高度較高，加上葉片直徑較大，則容易導(dǎo)致在空曠地帶中，風(fēng)機(jī)成為周圍地區(qū)中最容易受到直接雷危害的物體。針對目前風(fēng)電機(jī)組中仍然采用的是富蘭克林避雷方法也就是通過防雷過電壓保護(hù)裝置來對雷電進(jìn)行吸引并對保護(hù)對象進(jìn)行替代來遭受雷擊的保護(hù)方式。因此這也要求葉片可以對強(qiáng)大的電流進(jìn)行承受，而要通過具有良好導(dǎo)電性能和較輕自身重量碳纖維材料的添加來滿足上述較高要求。并且將上述材料的葉片通過單獨(dú)的線路將其與塔身進(jìn)行連接來提供雷電流泄放的通道。此外，為了對風(fēng)速計(jì)以及風(fēng)標(biāo)進(jìn)行雷擊保護(hù)，還要確保機(jī)艙主機(jī)架與機(jī)艙頂上的避雷針進(jìn)行連接，而且方向與葉片相反。

2.2 側(cè)擊雷防護(hù)

在風(fēng)機(jī)受到側(cè)擊雷危害時(shí)，由于雷山的最后閃絡(luò)距離為45m時(shí)，與之相對應(yīng)的得到保護(hù)的最小雷電流幅值為10.1KA，也就是說在滾球半徑為45m時(shí)，只要雷電流在10.1KA以上就會(huì)在接閃器上出現(xiàn)雷電閃擊問題。而且在雷電流在此數(shù)值以下時(shí)會(huì)出現(xiàn)繞擊問題，且在被保護(hù)物體的高度在45m以上時(shí)會(huì)出現(xiàn)側(cè)擊問題。這就對風(fēng)機(jī)塔身材料提出了較高的要求，不僅要做好防腐防護(hù)措施，而且要確保其在發(fā)生側(cè)擊問題時(shí)，可以對引下線的作用進(jìn)行圣獸以及起到接閃的作用。

2.3 風(fēng)機(jī)接地

為了滿足上述防雷要求，需要風(fēng)電機(jī)組防雷接地電阻在4Ω以下。為了滿足此接地電阻的要求，所采用的接地網(wǎng)的方式就是在混凝土基礎(chǔ)上有1個(gè)沿基礎(chǔ)環(huán)的環(huán)型接地與箱式變壓器的環(huán)型接地組成接地網(wǎng)，所用的垂直接地體為鍍鋅鋼管，而且在上述接地網(wǎng)的箱式變壓器的反方向位置上進(jìn)行三條引上線的預(yù)留來對放射接地進(jìn)行外延。所用的接地材料為低電阻的接地模塊，而且選擇具有較好導(dǎo)電性的黃粘土作為回填土，還要將其與物理長效降阻劑來進(jìn)行攪拌使用。在所用的接地阻值滿足不了上述要求時(shí)，就需要在外延線方向上進(jìn)行其長度的繼續(xù)延長。

2.4 等電位連接

針對風(fēng)機(jī)具有較廣的分布面積以及較為惡劣的電磁環(huán)境的現(xiàn)狀，需要在風(fēng)機(jī)葉片一直到控制室的終端設(shè)備都需要進(jìn)行等電位連接的防雷措施。確保此方式所具有的均壓效果滿足在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和箱式變壓器的基礎(chǔ)環(huán)型地網(wǎng)上不少于2處連接點(diǎn)的要求。此外，針對穿過各防雷區(qū)界面的金屬物和系統(tǒng)，還有在一個(gè)防雷區(qū)內(nèi)部的金屬物和系統(tǒng)來說，其等電位連接還要滿足以下要求：就是等電位連接需要在風(fēng)輪與機(jī)艙間、機(jī)艙與塔筒間、尾舵與水平軸間應(yīng)通過鉚接、焊接或螺栓連接等部位應(yīng)用，所用的方式為電氣連接或者是單獨(dú)BVR電纜的連接方式。

2.5 電子信息系統(tǒng)防護(hù)

采用電子信息系統(tǒng)防護(hù)措施重點(diǎn)是對防雷保護(hù)等級進(jìn)行確定，需要在對其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)按照不同的建筑物電子信息系統(tǒng)的特點(diǎn)、環(huán)境、雷電活動(dòng)規(guī)律、設(shè)備所在雷電防護(hù)區(qū)和系統(tǒng)對雷電脈沖的抗擾度、雷擊事故受損程度、系統(tǒng)設(shè)備的重要性來進(jìn)行確定和全面規(guī)劃。首先就是為了對電磁干擾的感應(yīng)效應(yīng)進(jìn)行減少而采用將屏蔽措施在風(fēng)機(jī)與控制室外部進(jìn)行設(shè)置，并聯(lián)合使用合適的路徑進(jìn)行線路敷設(shè)和屏蔽等方式。其次就是針對機(jī)艙內(nèi)各種機(jī)柜的防護(hù)，組要是通過變槳控制柜、使用雙絞線通訊在機(jī)艙到變槳柜之間，以及采用在機(jī)艙控制室與塔底控制室之間的UPS進(jìn)線端安裝電源避雷器等方式。最后就是針對塔底設(shè)備柜的防護(hù)。就是在各設(shè)備采用三級SPD防護(hù)的雷電波防護(hù)方式。

3 結(jié)語

針對目前風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中容易受到雷擊危害的情況，在對雷擊對風(fēng)電機(jī)組的危害進(jìn)行分析之后，提出了目前針對不同雷電危害所應(yīng)用的直接雷防護(hù)、側(cè)擊雷防護(hù)、風(fēng)機(jī)接地、等電位連接、電子信息系統(tǒng)防護(hù)等綜合防雷技術(shù)措施。此外還需要在目前我國在逐步推進(jìn)風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化的過程中，在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)對我國的風(fēng)機(jī)防雷和過電壓設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，提高我國風(fēng)電機(jī)組的綜合防雷技術(shù)水平。

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