風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷與接地保護(hù)技術(shù)的研究

翁祥奎

摘 要：隨著我國社會經(jīng)濟(jì)增長，國內(nèi)各行各業(yè)都得以良好的創(chuàng)新發(fā)展，人們生活水平的提高，促使現(xiàn)代化城市建設(shè)進(jìn)程加快，城市中高層建筑的數(shù)量越來越多，雷電安全事故頻發(fā)。此類事件還時常發(fā)生在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)受到雷擊的危害，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組無法正常運行。本文通篇與讀者一起探討風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷技術(shù)存在的問題，結(jié)合防雷技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)電機(jī)組中的實際性能情況進(jìn)行簡要分析，并有針對性的提出優(yōu)化措施，以此保障風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;防雷技術(shù);

一、雷電對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的危害

雷電的產(chǎn)生原理是由于大氣層存在大量的正、負(fù)離子，使大氣層自身擁有了微弱的導(dǎo)電功能以及生產(chǎn)電場、電流的功能，最后通過有機(jī)結(jié)合形成自然元素-雷電。雷電這種自然現(xiàn)象一般出現(xiàn)在海拔較高的山地亦或是層數(shù)較多的建筑物上空，除此之外，雷電在沿海區(qū)域也時常出現(xiàn)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要建立在海拔較高的山地或風(fēng)能資源較多的海邊，因此，在惡劣天氣下較易受到雷電現(xiàn)象的危害。近年來，我國風(fēng)電場遭受雷擊事件時有發(fā)生，例如，浙江蒼南風(fēng)電場、本溪某風(fēng)電場等等，我們通過對這些實例的分析，不難得出，綜合幾種自然災(zāi)害對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的危害程度進(jìn)行對比，雷電災(zāi)害風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的危害程度最高，并且自然雷電對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備與發(fā)電系統(tǒng)也會造成不同程度的損壞，對葉片的損害造成了電力的大量流失，同時又耗費了無從計量的修理資金[1]。

二、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在防雷措施中應(yīng)注意的問題

結(jié)合我國近年來發(fā)生的雷擊風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實例進(jìn)行分析，雷擊所造成的損壞基本是因為雷電以大伏電流的形式傳遞自身高溫，進(jìn)而使得風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)部電磁場發(fā)生改變，最終導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組成部分發(fā)生擊穿現(xiàn)象。由此可見，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如果想要最大限度的避免雷電災(zāi)害的襲擊，必須通過防雷設(shè)備設(shè)施將雷電流迅速、安全的導(dǎo)入地面[2]。

（一）外部系統(tǒng)防雷

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的防雷系統(tǒng)主要分為外部系統(tǒng)防雷以及內(nèi)部系統(tǒng)防雷，外部系統(tǒng)防雷主要依靠葉片、機(jī)航、塔架技術(shù)以及接地網(wǎng)技術(shù)，在雷電擊中風(fēng)電系統(tǒng)葉片的過程中，外部溫度驟變，導(dǎo)致濕氣體的體積在極短的時間內(nèi)發(fā)生膨脹，葉片無法承受的巨大壓力使其出現(xiàn)擊穿擊斷現(xiàn)象，外部高溫致使發(fā)電機(jī)故障，在這種情況下，輪轂的積極作用將轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)面影響。這里建議相關(guān)工作人員在葉片頂端設(shè)置排水孔。除此之外，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)外部的雷擊概率不是由葉片的導(dǎo)電性決定，而是取決于葉片的形式。隨著我國科技的創(chuàng)新發(fā)展，適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的接閃器應(yīng)運而生，將接閃器安裝于葉片頂端能夠有效的降低風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)外部遭受雷擊的概率，其防雷原理是將通過接閃器捕捉得來的雷電，利用外部的葉片腔導(dǎo)引線將其迅速、高效的引入地面。另外，在外部的機(jī)艙頂端裝置接閃桿也可以有效的避免雷擊，在安裝接閃桿的過程中，將其中的引下線與機(jī)艙以及塔架相連接，保證在雷擊時風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的電路能夠正常運行[3]。

其次，雷電引地的效率取決于風(fēng)力發(fā)電接地系統(tǒng)的質(zhì)量，同時又關(guān)系到風(fēng)電站所處環(huán)境中土壤的電阻率以及分散性，一般情況下，風(fēng)電站土壤的電阻率越低，接地網(wǎng)的效果越好。如果風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所處區(qū)域的土壤電阻率過高，建議工作人員采取使用降阻劑以及換土等方式進(jìn)行降低電阻，在降阻劑與換土等方式效果不明顯的情況下，工作人員應(yīng)該首先從經(jīng)濟(jì)與效率兩方面對防雷措施重新進(jìn)行考慮。工作人員可以利用環(huán)形銅環(huán)導(dǎo)體對以上防雷措施進(jìn)行導(dǎo)電輔助，通常情況下環(huán)形銅環(huán)導(dǎo)體與塔架的安全距離是0.5m，此外，環(huán)形銅環(huán)導(dǎo)體必須以和塔架相連接的形式存在。相關(guān)人員可以通過風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所處區(qū)域土壤的電阻率設(shè)置環(huán)形銅環(huán)導(dǎo)體的半徑長度，并且將8-16根垂直接地極焊接在水平接地極上（材質(zhì)以銅包鋼為最佳）。

（二）內(nèi)部系統(tǒng)防雷

內(nèi)部系統(tǒng)防雷措施主要分為等電位連接、屏蔽隔離以及過電壓保護(hù)三種，以下對這三種內(nèi)部系統(tǒng)防雷措施進(jìn)行闡述：

首先是等電位連接，由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般處于海拔較高的區(qū)域，因此其內(nèi)部的風(fēng)速計、風(fēng)標(biāo)等容易受到雷電災(zāi)害的威脅，將它們與外部系統(tǒng)中葉片頂端的避雷針相連接進(jìn)行等電位接地，如此一來，能夠有效避免內(nèi)部系統(tǒng)遭受雷擊的危害。其次是屏蔽隔離，將其科學(xué)合理的應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電防雷系統(tǒng)中可以大幅降低系統(tǒng)中各元件之間電磁耦合的消極影響。風(fēng)電機(jī)機(jī)艙中的處理器以及地面控制器為保證實現(xiàn)光電隔離，增強(qiáng)信號傳輸效率，其電纜必須選用光纖材質(zhì)。最后是過電壓保護(hù)，一般情況下，塔底控制柜中的電源系統(tǒng)SPD可選用B-C級，其主要是按照SPD的原理以及不同的電磁兼容性保護(hù)區(qū)進(jìn)行劃分[4]。

三、結(jié)語

綜上所述，在風(fēng)電場運作過程中，受到雷擊則會直接影響到風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的安全運行。由此可見，想要保證風(fēng)電系統(tǒng)的正常運行，必須針對風(fēng)電系統(tǒng)防雷技術(shù)進(jìn)行有效的探究。本文通過列舉國內(nèi)發(fā)生過的實例，向讀者闡述了雷電災(zāi)害對風(fēng)電系統(tǒng)的危害與影響，并且從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的外部系統(tǒng)防雷以及內(nèi)部系統(tǒng)防雷兩個角度分別做出了簡要的防雷技術(shù)分析。我國當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域正處于創(chuàng)新發(fā)展階段，行業(yè)與國家應(yīng)當(dāng)及時對其發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行調(diào)整，基于此，能夠較快形成風(fēng)電行業(yè)技術(shù)規(guī)范。謹(jǐn)以此篇，供相關(guān)人員參考借鑒，以期為我國風(fēng)電系統(tǒng)防雷與接地技術(shù)的創(chuàng)新貢獻(xiàn)一份力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛崢，李丹丹，許旌瑋，林舒楊，崔佳絮.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷技術(shù)改進(jìn)分析[J].中國新通信，2019，21（05）：139.

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[4]楊劍虹，常君得，高莉莉，劉一沛，楊揚，樊新宇.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷技術(shù)分析與改進(jìn)[J].科技展望，2016，26（31）：91.