風(fēng)電場風(fēng)機(jī)防雷技術(shù)發(fā)展研究

宋財

摘要：現(xiàn)階段，隨著人們對環(huán)保重視程度的提升，清潔型能源得到了快速的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模越來越大。在風(fēng)電項目進(jìn)行運(yùn)營的過程中，雷電對風(fēng)機(jī)設(shè)備造成損壞的概率是非常大的，這也對風(fēng)電安全以及經(jīng)濟(jì)效益造成了非常不利的影響?；诖?，本文深入的探討了風(fēng)電場風(fēng)機(jī)防雷技術(shù)，探討了其發(fā)展。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場;風(fēng)機(jī)防雷技術(shù);發(fā)展

一、雷擊對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組造成危害的方式

風(fēng)機(jī)被雷電造成的損壞分為兩類：直接損壞和間接損壞。直接損壞主要是指雷擊電流直接造成風(fēng)機(jī)出現(xiàn)熱效應(yīng)以及機(jī)械效應(yīng)的情況，會對葉片、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軸承造成較大的損傷。間接損傷一般是由于雷電所導(dǎo)致的電磁過載情況。在出現(xiàn)雷擊時，由于雷電電流所引起的瞬態(tài)電壓升高不僅會對風(fēng)扇的電子以及電氣設(shè)備造成損壞，同時還會導(dǎo)致風(fēng)扇停止運(yùn)行?？绮诫妷菏抢纂婋娏饕鸬碾妱菟矔r增加，是風(fēng)力渦輪機(jī)損壞的主要原因?？绮诫妷旱闹翟礁撸瑢︼L(fēng)扇造成的損壞程度就越大。對跨步電壓造成影響的因素非常多，如接地體的結(jié)構(gòu)尺寸、土壤電阻以及雷電電流值等因素。以土壤電阻為例，在低電阻土壤的情況下，如果土壤中的電位分布特征曲線沒有出現(xiàn)較大的變化，土壤兩點(diǎn)電位差小，跨步電壓越小。

二、風(fēng)電場風(fēng)機(jī)防雷技術(shù)的應(yīng)用

（1）直基雷防護(hù)技術(shù)

在風(fēng)機(jī)防雷技術(shù)設(shè)計中，引入雷電并接地，實現(xiàn)防雷目標(biāo)。其中，連接器、葉片部分、風(fēng)扇艙部分。風(fēng)扇機(jī)組的典型防雷方式是在葉片表面安裝金屬盤，然后在葉片內(nèi)部鋪設(shè)金屬導(dǎo)體，作為連接葉片表面金屬盤與葉片根部的連接裝置。刀刃如果閃電擊中葉片表面的金屬盤，穿過金屬導(dǎo)體的金屬發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，最終通過接地裝置釋放。除上述舷側(cè)邊緣方法外，可在葉片表面安裝金屬網(wǎng)，同樣進(jìn)行技術(shù)論證。此外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙外側(cè)有一定厚度的金屬外殼，因此，在葉片表面可以使用金屬盤或金屬網(wǎng)進(jìn)行連接，滿足電位連接要求，能承受雷擊。對于沒有在機(jī)組和發(fā)電機(jī)葉片上對避雷器進(jìn)行安裝的，不能在發(fā)電機(jī)機(jī)房的后部進(jìn)行避雷器安裝，必須安裝在前部。

（2）等電位連接技術(shù)

這項技術(shù)可分為兩種：風(fēng)速以及導(dǎo)向桿與渦輪短艙之間的連接，渦輪塔架的法蘭連接和相對固定的交叉定位節(jié)點(diǎn)，如配電裝置、機(jī)艙機(jī)柜金屬框架離合器，風(fēng)扇輪轂與風(fēng)扇艙是直接連接的，風(fēng)扇軸承與風(fēng)扇艙是直接連接的，前者可用銅編織線連接，過渡電阻需要控制在0.03之內(nèi)。后者比較復(fù)雜，不僅要確保各要素之間的正常運(yùn)行，還需要在雷擊的過程中，確保高振幅電流能夠在元件之間通過。在艙內(nèi)軸承部分、變速箱以及艙底座之間設(shè)置絕緣層，防止地雷電流破裂。為了確保電阻滿足防雷技術(shù)要求，經(jīng)常采用電模型安裝方法。

（3）接地技術(shù)

這是因為電氣設(shè)備是風(fēng)力發(fā)電機(jī)雷電沖擊作用的重要組成部分之一，在遭受雷擊的過程中，電流會在瞬間進(jìn)行提升，導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)故障。在風(fēng)機(jī)保護(hù)中，接地技術(shù)是非常重要的技術(shù)，但是當(dāng)接地電阻過大時，則避雷器可能會損壞。風(fēng)機(jī)接地技術(shù)需要嚴(yán)格的依據(jù)電氣和建筑防雷工程的規(guī)范進(jìn)行施工，這其中不僅是對風(fēng)扇接地電阻有比較嚴(yán)格的要求，同時還需要對接地技術(shù)中做好對電感和電容的布置。因為電流雷暴流具有全譜的高頻頻率，接地系統(tǒng)中的快速響應(yīng)技術(shù)經(jīng)常作為地雷設(shè)計的輔助手段。安裝接地裝置后，往往會發(fā)生土壤電離，這也讓接地裝置的電氣特點(diǎn)變得更加復(fù)雜化。通過使用電磁分布仿真技術(shù)，能夠?qū)υ搮^(qū)域內(nèi)的電磁場分布進(jìn)行有效地模擬，為防雷裝置的設(shè)計以及安裝提供相應(yīng)的支持。在實際的應(yīng)用過程中，如果接地電阻與實際的技術(shù)規(guī)范的要求不相符，可以通過運(yùn)用電阻降凝劑的方式，有效提升土壤電阻。在水平地面上的電極周圍區(qū)域使用降阻劑，能夠極大的降低周圍的土壤電阻系數(shù)。此外，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件良好時，可以使用深井方法，對土壤電阻進(jìn)行降低。使用鋼管作為垂直接地電極，還采用抑制劑對土壤進(jìn)行固井，以達(dá)到更有效的降低阻力。值得 注意的是，在沿海地區(qū)的接地設(shè)備安裝中，需要做好防腐工作，接地可用于用銅涂層代替普通鋼材，對于室外的金屬件需要涂抹防腐涂層，防止設(shè)備腐蝕，縮短設(shè)備使用壽命。

（4）內(nèi)部過壓保護(hù)技術(shù)

在雷擊的過程中，會產(chǎn)生過大負(fù)荷，對風(fēng)扇內(nèi)部的電氣線路以及終端設(shè)備造成極大的破壞，因此，需要做好內(nèi)部的過壓保護(hù)?？稍谳旊娋€路中對避雷針進(jìn)行安裝，或者是對電桿塔的接地電阻進(jìn)行降低。風(fēng)電機(jī)組塔架內(nèi)部時的感應(yīng)電場分布和磁場，并將部件安裝在發(fā)生雷電的地方。弱磁場可以減少雷電干擾和對這些敏感電氣設(shè)備的損壞。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組被雷電擊中時，箱式變壓器的輸入端和輸出端之間的電位差很大，可以通過對電涌保護(hù)器的使用，從而有效減少雷擊所造成的損壞。

（5）屏蔽保護(hù)技術(shù)

由于風(fēng)機(jī)本身并不是一個完整的射線防護(hù)裝置，機(jī)身上的任何孔洞或縫隙都容易造成風(fēng)機(jī)塔架與機(jī)艙之間的電磁耦合，導(dǎo)致機(jī)艙內(nèi)感應(yīng)金屬電路過多，可能會對機(jī)身內(nèi)的設(shè)備損壞。因此，當(dāng)定義屏蔽層時，電路傳輸過程中的感應(yīng)電磁過張力和多余能量會減少，從而使感應(yīng)過張力的變化從突然變?yōu)橹饾u變化，從而對內(nèi)部造成損壞，可以減少或避免機(jī)艙內(nèi)的設(shè)備。

結(jié)語

隨著我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來越多重視對清潔能源的開發(fā)，而風(fēng)能是最引人注目的成果之一。對風(fēng)機(jī)防雷接地系統(tǒng)具有重要作用，要及時發(fā)現(xiàn)地雷接地系統(tǒng)故障，分析故障原因，有效排除故障。利用科技預(yù)防和減少重大事故的發(fā)生，將提高風(fēng)能的安全性，給民眾帶來持續(xù)的利益，為生產(chǎn)生活提供穩(wěn)定的電力，促進(jìn)整個行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

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