山區(qū)風(fēng)力發(fā)電場的綜合防雷技術(shù)分析

李俊鋮 劉少華

摘要：現(xiàn)階段，我國各行各業(yè)的建設(shè)發(fā)展迅速，近年來風(fēng)力發(fā)電機(jī)組逐年增加，山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大都布置在風(fēng)力較強(qiáng)、雷電多發(fā)的山脊等制高點(diǎn)位置，并遠(yuǎn)離其他高大建筑，因此更易遭受雷擊。本文針對山區(qū)地形的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分析研究適用的防雷設(shè)計(jì)，為山區(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)防雷技術(shù)提供參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)風(fēng)力發(fā)電場;綜合防雷;技術(shù)分析

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(gè)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€(gè)葉片開裂。或者是雷擊時(shí)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(jì)，避免葉片被損壞，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2綜合防雷措施

根據(jù)風(fēng)力發(fā)電場的使用性質(zhì)、重要性以及發(fā)生雷電事故的可能性和后果，依據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》和雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估，將風(fēng)力發(fā)電場劃分為第二類防雷建筑物，風(fēng)電場的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行全面的考慮，按照科學(xué)的方法設(shè)計(jì)一個(gè)綜合的防雷系統(tǒng)工程。

2.1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。

2.2接地網(wǎng)系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)機(jī)和箱變共用一個(gè)接地網(wǎng)，利用風(fēng)機(jī)塔基其本身的鋼筋混凝土做自然接地體，并沿著基礎(chǔ)另外做環(huán)形接地網(wǎng)。將塔基鋼筋混凝土與環(huán)形接地網(wǎng)相連接，部分土壤電阻率較大的風(fēng)機(jī)機(jī)位可采用換置土，外引接地網(wǎng)，外引接地線，增加離子接地模塊和離子棒等方式降低接地電阻至4Ω。水平接地體采用-60mm×6扁鋼，垂直接地體采用L63mm×63mm×6角鋼。接地網(wǎng)溝槽深0.8m，寬0.5m垂直接地體的頂端在溝槽底部與水平接地體連接。風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)外接地環(huán)連接點(diǎn)至箱變與箱變外接地網(wǎng)連接點(diǎn)之間，沿接地體長度大于15m。

2.3等電位連接

等電位相互連接的目標(biāo)就是為了有效防止和減少在設(shè)備與系統(tǒng)之間，系統(tǒng)和操作者之間可能發(fā)生危險(xiǎn)的電位差，確保設(shè)備及操作人員的安全。但是，對于一個(gè)不恰當(dāng)?shù)牡入娢唤拥兀坏乖O(shè)備無法實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目標(biāo)，而且很可能還會將一些受到雷擊影響的電流導(dǎo)致輸入或者傳遞到設(shè)備中，造成對該設(shè)備的嚴(yán)重傷害。根據(jù)各類風(fēng)電機(jī)組使用情況和特點(diǎn)，其等電位的連接主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：機(jī)艙等電位，塔筒底部等電位。①機(jī)艙等電位連接。在大型應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電大型發(fā)動(dòng)機(jī)組的風(fēng)力引擎室和風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)為了能夠使兩個(gè)用戶之間能夠同時(shí)連接形成一個(gè)可靠的低和高電位接地系統(tǒng)，就分別設(shè)置了一個(gè)用于等效低和高電位接地系統(tǒng)的連接端子板。等驅(qū)動(dòng)電位接地系統(tǒng)與一個(gè)端子板互相串聯(lián)連接安裝到整個(gè)整體機(jī)艙內(nèi)所有金屬電子元件端的底座中。可以用于整個(gè)整體機(jī)艙內(nèi)各種類型通用電氣電路設(shè)備的整個(gè)金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架、金屬元件的導(dǎo)管、槽、屏蔽板等層和通用電源接地連接器等線纜的整個(gè)金屬屏蔽層、Spd的電源接地端、機(jī)艙內(nèi)的電源接地線和整個(gè)整體機(jī)艙內(nèi)的等驅(qū)動(dòng)電位接地端子板相互連接;用于風(fēng)力發(fā)電廠的機(jī)組通風(fēng)葉片的靜電防雷保護(hù)裝置需要引入以下線路就是通過一個(gè)等驅(qū)動(dòng)電位端的接地線與端子板相連接安裝在整個(gè)機(jī)艙的元件底座上。②塔筒底部等電位連接。塔筒底部設(shè)置了總等位連接端子板，并通過鍍鋅扁鋼與風(fēng)力發(fā)電場的環(huán)形接地網(wǎng)進(jìn)行可靠連接，連接方式采用雙面焊，焊接長度6cm。塔筒底部各種類型金屬裝置、金屬接線管、槽、機(jī)柜金屬外殼、線纜屏蔽層等需就近與總等位連接端子板等電位連接。

2.4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。加強(qiáng)雷電的預(yù)警，當(dāng)雨云進(jìn)入風(fēng)電場時(shí)，風(fēng)機(jī)及時(shí)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(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)較快，尤其是暴風(fēng)雨來臨時(shí)，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(shí)，不易導(dǎo)流，第三風(fēng)機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)和快速轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，其動(dòng)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(shí)，及時(shí)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。

結(jié)語

雷電災(zāi)害已經(jīng)逐漸形成了自然界中對于整個(gè)風(fēng)力發(fā)電場的風(fēng)機(jī)機(jī)組安全以及運(yùn)行狀況危害最大的一種自然災(zāi)害。因此做好風(fēng)力發(fā)電機(jī)場的雷電防御對風(fēng)電場的運(yùn)行維護(hù)、管理等有重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁顯，徐進(jìn)，滕偉，柳亦兵.風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].可再生能源，2017，35（10）：1551-1557.