風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷技術(shù)改進(jìn)分析

司松

【摘??要】近些年，我國的科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，本文對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷技術(shù)進(jìn)行分析，需要基于其生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行研究，明確雷電災(zāi)害對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的影響。以降低雷電災(zāi)害事故為根本，對原有防雷技術(shù)應(yīng)用存在的不足和缺陷進(jìn)行分析，提出具有針對性的應(yīng)對策略，確保能夠維持整個系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。本文主要對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷技術(shù)改進(jìn)策略進(jìn)行了簡單分析。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng);防雷技術(shù);雷電災(zāi)害

引言：作為一種新型的節(jié)能技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在滿足人們對電力的需求等方面發(fā)揮了重要作用。但是這一技術(shù)在應(yīng)用的過程中容易受到雷電的襲擊，進(jìn)而直接影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為人們的生活和生產(chǎn)帶來不便。為了進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的使用效率，避免雷電災(zāi)害的襲擊，就要做好防雷技術(shù)。通過利用有效的技術(shù)手段規(guī)避雷電造成的不良影響，為提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性奠定良好的基礎(chǔ)。

1、雷電災(zāi)害分析

針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來講，因?yàn)樾枰燥L(fēng)力資源作為生產(chǎn)根本，必須要建設(shè)在野外空曠區(qū)域，并且葉片均保持較高高度，這樣就決定了其更容易受到雷擊影響。葉片為雷擊的主要對象一般情況下雷擊損害主要集中在葉尖部位，很少會造成整個葉片損壞，其成本非常高，被損壞需要花費(fèi)較多費(fèi)用進(jìn)行維修甚至換新。當(dāng)葉片遭受雷擊后，會釋放出大量的能量，過大雷電流會促使葉尖結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度急劇升高，水分受熱汽化膨脹，產(chǎn)生較大的機(jī)械力，而導(dǎo)致葉尖結(jié)構(gòu)破裂損壞，部分情況下甚至?xí)斐烧麄€葉片開裂?；蛘呤抢讚魰r伴隨的巨大聲波，導(dǎo)致葉片結(jié)構(gòu)受到損壞。面對雷擊對葉片造成的不良影響，必須要加強(qiáng)對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的防雷設(shè)計，避免葉片被損壞，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷技術(shù)要點(diǎn)

分析當(dāng)前雷電引起的多起風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的損壞可知，其引起損壞的原因大部分都是雷電導(dǎo)致的葉片溫度升高，進(jìn)而產(chǎn)生內(nèi)部電磁場的變化，致使物體擊穿擊斷。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)避免受到雷擊的關(guān)鍵是要確保電流的安全通過，并且可以釋放的大地。防雷措施可分為外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施。

2.1外部系統(tǒng)防雷

2.1.1葉片、機(jī)航、塔架防雷

電力發(fā)電設(shè)備在外部的主要構(gòu)件為葉片、塔架以及機(jī)航，做好這些構(gòu)件的防雷設(shè)施尤為重要。受到雷電襲擊時，葉片會因溫度的升高、內(nèi)部氣體膨脹而產(chǎn)生爆炸，嚴(yán)重時會造成整個設(shè)備的燒毀。為了避免這一現(xiàn)象，可以在葉尖頂部設(shè)置排水管，即可以將其受到雷擊后內(nèi)部產(chǎn)生的濕氣排出，避免了氣體的膨脹。此外，葉片本身是具有導(dǎo)電性的裝置，但是并不是本身的導(dǎo)電性越小而被雷電襲擊的可能性就越小，雷電對于整個設(shè)備的損害取決于葉片的形式。因此，可以在葉尖頂部安裝接閃器。這一設(shè)備具有導(dǎo)電的功能，可以在葉片受到襲擊時捕捉閃電，然后將這些雷電引入大地，避免了雷電直接對葉片造成的損害。此外，在機(jī)艙的頂部安裝避雷針是避免風(fēng)速計以及風(fēng)標(biāo)被損壞的重要措施，通過專門設(shè)置的引下線將機(jī)艙以及塔頂做好連接，雷擊發(fā)生時并不會被電流損壞，從而可以將雷電擊中的電流順利地引入到大地。

2.1.2接地網(wǎng)

接地網(wǎng)是經(jīng)常用于防雷電的裝置，是直接與大地相連，將雷電導(dǎo)入到地下的裝置，其接地的性能直接影響了其能否將受到襲擊的電流引入到地下。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)受到本身功能的影響，一般所處的區(qū)域的土壤具有較高電阻率，并且土壤的分散性強(qiáng)，因此不能通過降阻劑或者更換土壤等方法解決雷擊問題。只能選擇在塔架周圍放置一個與塔架相連接的銅質(zhì)環(huán)形導(dǎo)體。一般這一導(dǎo)體需要距離塔架0.5m處，其本身的半徑需要根據(jù)當(dāng)前的土壤環(huán)境等參數(shù)予以確定。需注意，對于垂直接地極的選用，最好是選擇銅包鋼的材質(zhì)，數(shù)量應(yīng)該具體情況確定，一般為8～16根為宜，將他們均勻地焊接于水平接地極上。

2.2內(nèi)部系統(tǒng)防雷

2.2.1屏蔽隔離

采取屏蔽隔離的方法來降低元件之間的電磁耦合影響，一般可以通過光纖電纜來連接機(jī)艙上處理器與地面控制器，而對于處理器和傳感器來講，則需要應(yīng)用分開供電的直流電源。就實(shí)際處理效果來看，可靠的屏蔽隔離可以保證較高質(zhì)量的信號傳輸。

2.2.2等電位連接

就歷史數(shù)據(jù)來看，風(fēng)速計、風(fēng)標(biāo)等也是容易遭受雷擊的關(guān)鍵部位，這樣為向其提供可靠保護(hù)，可以采取等電位連接的方法處理。將容易遭受直擊雷影響的部位與避雷針進(jìn)行等電位接地，尤其是機(jī)艙內(nèi)所有金屬設(shè)備和外部導(dǎo)體，與機(jī)艙主框連接作為等電位，與接地裝置可靠連接。并且基礎(chǔ)接地體與環(huán)形接地體頂端接線夾需要接入到塔架內(nèi)部，與標(biāo)記的等電位連接帶進(jìn)行連接，提高防雷保護(hù)效果。

2.2.3過電壓保護(hù)

基于不同電磁兼容性保護(hù)區(qū)的劃分以及SPD原理，可對塔架底部控制柜內(nèi)進(jìn)線安裝B+C級SPD。而對于通信信號線路塔筒到機(jī)艙控制柜的兩端，如果應(yīng)用的為金屬導(dǎo)線，可以選擇增設(shè)信號系統(tǒng)保護(hù)器;而如果應(yīng)用的為光纖傳輸，則可以選擇對光纖鎧裝金屬層來可靠接地。對于風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀及環(huán)境溫度傳感器等測控信號線路，則可以選擇在控制柜內(nèi)增設(shè)保護(hù)器。

2.2.4引下線

選擇引下線的方式來將雷電流導(dǎo)入地下，以免對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)造成損壞。一般可以選擇風(fēng)電機(jī)組葉片中金屬網(wǎng)格、鋼絲與電機(jī)組葉片邊角作為引下線設(shè)計，且要求葉片表面金屬導(dǎo)體必須要具有足夠大的斷面，能夠承受直擊雷影響，在不被損壞的情況下將雷電流導(dǎo)入地下。引下線為比較常見的一種防雷保護(hù)技術(shù)，在葉片尖端安裝離散接閃器，對葉尖結(jié)構(gòu)提供保護(hù)。內(nèi)部引下線系統(tǒng)能夠?qū)⒗纂娏鲝娜~尖接閃器部位引到葉片根部位置，并且因?yàn)槿~片根部設(shè)置與接地體的連接，最終可以將雷電流導(dǎo)入地下，確保葉片可靠運(yùn)行。

2.3主動避讓雷電

加強(qiáng)雷電的預(yù)警，當(dāng)雨云進(jìn)入風(fēng)電場時，風(fēng)機(jī)及時停止工作，并使風(fēng)機(jī)槳葉停在最不容易接閃的位置，如相對水平處，這樣就可以大大減小槳葉被雷電擊中的可能。因風(fēng)機(jī)在工作時的運(yùn)轉(zhuǎn)較快，尤其是暴風(fēng)雨來臨時，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度更快。運(yùn)轉(zhuǎn)中的風(fēng)機(jī)，第一易于接閃，第二葉片和機(jī)艙處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，不易導(dǎo)流，第三風(fēng)機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)和快速轉(zhuǎn)動情況下被雷電擊中被破壞的程度差別極大，槳葉快速運(yùn)轉(zhuǎn)時，其動量和慣性都很大，遇上雷電強(qiáng)大的機(jī)械作用和熱作用，很可能將風(fēng)葉徹底破壞，而風(fēng)葉在靜止?fàn)顟B(tài)下接閃，則造成的破壞一般較小，修復(fù)容易，費(fèi)用較低。另外，在風(fēng)機(jī)遭遇雷擊時，及時地切斷電子電氣線路，也可防止雷電形成的過電壓通過線路傳到相鄰風(fēng)電機(jī)組，使其遭受損壞。

3、結(jié)語

雷電災(zāi)害是影響風(fēng)力發(fā)電綜合效率的重要原因，一直都是重點(diǎn)研究對象，需要在前期設(shè)計階段做好可靠的防雷保護(hù)處理，通過多種保護(hù)措施的相互配合，將雷擊災(zāi)害產(chǎn)生的影響控制到最小，為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供可靠保障。雖然現(xiàn)在可以選擇的防雷保護(hù)技術(shù)越來越多，但是為滿足風(fēng)力發(fā)電實(shí)際需求，還需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上持續(xù)研究。

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（作者單位：遼寧龍源新能源發(fā)展有限公司）