風力發(fā)電廠的防雷工程設計原則和實現(xiàn)途徑
風力發(fā)電廠的防雷工程設計原則和實現(xiàn)途徑
摘 要 風力風電機組工作的環(huán)境是風力較大的自然環(huán)境下，在運轉(zhuǎn)的過程中，難免會受到自然災害的影響，在眾多的自然災害中對風力發(fā)電廠影響最大的當屬雷擊。在目前，風力發(fā)電機組單機的容量不斷的增加，葉輪直徑以及輪轂的高度也隨之增加，雷擊風險也被無形放大，一旦發(fā)生雷擊，雷電釋放出的能量不僅會造成發(fā)電機絕緣擊穿、發(fā)電機組葉片損毀、控制元器件燒毀等后果，還可能會造成工作人員的傷亡，因此，必須要控制好防雷工程的設計，本文主要探討風力發(fā)電廠的防雷工程設計原則和實現(xiàn)途徑。
關(guān)鍵詞 風力發(fā)電廠；防雷工程；設計原則；實現(xiàn)途徑
0引言
風能是現(xiàn)代社會下最具開發(fā)規(guī)模的可再生資源，風力發(fā)電是人與自然和諧發(fā)展的重要體現(xiàn)，近些年來，我國的風力發(fā)電行業(yè)得到了十分迅速的發(fā)展，但是，由于發(fā)展時間相對較短，與其他發(fā)達國家相比，我國風力發(fā)電在發(fā)展過程中還存在著一些不足之處。風力風電機組工作的環(huán)境是風力較大的自然環(huán)境下，在運轉(zhuǎn)的過程中，難免會受到自然災害的影響，在眾多的自然災害中對風力發(fā)電廠影響最大的當屬雷擊。在目前，風力發(fā)電機組單機的容量不斷的增加，葉輪直徑以及輪轂的高度也隨之增加，雷擊風險也被無形放大，一旦發(fā)生雷擊，雷電釋放出的能量不僅會造成發(fā)電機絕緣擊穿、發(fā)電機組葉片損毀、控制元器件燒毀等后果，還可能會造成工作人員的傷亡，我國很多地區(qū)的地形復雜，容易受到雷暴的影響，因此，為了降低雷擊為風力發(fā)電廠帶來的影響，必須做好對防雷工程進行科學合理的設計。
1風力發(fā)電廠防雷工程的設計原則和實現(xiàn)途徑
風力發(fā)電廠的防雷工程是一個系統(tǒng)的工程，其內(nèi)容包括直擊雷的防護、感應雷的防護、屏蔽措施、等電位連接措施、電涌保護器的安裝、布線的控制等部分組成，為了實現(xiàn)各個組成部分的防雷要求，風力發(fā)電廠的綜合防雷工作必須要有外部防直擊雷系統(tǒng)、等電位連續(xù)以及過電壓保護裝置三個系統(tǒng)，在風力發(fā)電廠防雷工程的設計中要遵循綜合治理、全面規(guī)劃、多重保護的原則，將內(nèi)部防雷措施與外部防雷措施進行整合，做到技術(shù)先進、安全可靠、經(jīng)濟合理、維護方便。對于具體部分的防雷設計，可以從以下幾個方面進行：
1.1外部防雷系統(tǒng)的設計
1）葉片的防雷保護
一般情況下，大型風電機組的高度都超過了70m，安裝地域也位于山地、海邊或者曠野處，容易遭受雷擊的危害，葉片處于整個發(fā)電機組的頂點，也是最易受到損害的部件，葉片包括無葉尖阻尼器的葉片和有葉尖阻尼器的葉片，對于無
葉尖阻尼器的葉片可以在其葉尖部分將金屬導體或者銅網(wǎng)布設置待葉尖部分的玻璃纖維表層，預埋至葉根處金屬法蘭與葉片的銅導線處，形成接閃器，起到防雷保護的作用；對于有葉尖阻尼器結(jié)構(gòu)的葉片，由于其整個葉片被分為兩部分，可以將接閃器通過阻尼器軸與葉尖阻尼器的鋼絲相連，從而發(fā)揮防雷保護的作用。
2）機艙的防雷保護
很多風力發(fā)電機廠家在設置機艙時都設置和相關(guān)的防雷保護裝置，稱之為避雷棒，機艙的主機架直接與頂端避雷棒以及葉片相連，避雷棒可以保護風標以及風速計免受雷擊的傷害，此外，還可以迅速的將接地網(wǎng)中的直擊雷導走，防止機艙受到雷擊的破壞。
3）接地網(wǎng)的防雷設計
接地網(wǎng)處于混泥土基礎周圍，一般接地網(wǎng)中都會包括一定數(shù)量的銅環(huán)導線，作為銅導電環(huán)的相應補充，銅導電環(huán)是連接在塔架相反的位置，再將地面控制器連接到連點中，還有一些設計在塔基與銅環(huán)導體之間設置了環(huán)導體，以便進一步改善跨步電壓，如果風機的位置處于高度電阻區(qū)域內(nèi)，那么地網(wǎng)的延伸必須要符合相關(guān)的要求。
1.2內(nèi)部防雷系統(tǒng)的設計
1）等電位連接
將風標、風速計以及避雷針一起接入到等電位之中，對于機艙的金屬組件如發(fā)電機、主軸承、齒輪箱、液壓站等要選擇適宜尺寸的接地帶，將其連接到機艙主框內(nèi)，并設置好封閉金屬盒，將其連接到等電位中，防止出現(xiàn)局部電壓過高的情況，保證各點的電位可以均衡。
2）隔離設計
為了更好的起到防雷作用，塔頂控制器以及機艙控制器中的通信部分應該全部使用光纖進行連接，以便實現(xiàn)廣電隔離的效果，對于內(nèi)部的控制器和傳感器，要使用不同的電流進行供電，實現(xiàn)電源隔離的效果，對于重點電氣部分，要使用隔離變壓器進行供電。
3）過電壓防雷保護
對于開關(guān)盤、發(fā)電機的電源線路要使用電源防雷器進行保護，在控制其信號電纜終端、模塊電子組件等部位時，要同時使用信號防雷保護對電源爐前進行防雷保護，防雷器的設計要嚴格的按照風力發(fā)電機組電氣原理圖以及防雷分區(qū)的相關(guān)標準進行。
1.3電磁屏蔽
由于風力發(fā)電機組為高聳的塔式結(jié)構(gòu)，緊湊性較強，控制系統(tǒng)、信息系統(tǒng)以及發(fā)電機離塔壁很近，因此發(fā)電機組的水平軸、風輪、機艙等都會受到雷擊的影響，機艙內(nèi)的控制系統(tǒng)以及發(fā)電機也容易受到機艙高電位反擊的影響，在控制回路和電源沿塔筒引下的過程中，也會受到雷擊的反擊。因此，對于發(fā)電機組的繼電保護、控制系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)都需要安裝過電壓保護裝置。信息和電力回路的電壓保護裝置應該由機艙到地面的變流器和并網(wǎng)柜之中，塔頂?shù)目刂乒癯仨毷褂闷帘坞娎|以外，還要將其穿入接地鐵管中，降低電纜的反擊率，保證均壓、分流、接地、屏蔽等系統(tǒng)可以得到較好的防護。
1.4機艙內(nèi)部柜的防護
在機艙內(nèi)部各種各樣柜的出線和進線處必須要嚴格遵照規(guī)定要求劃分雷電保護區(qū)域，根據(jù)評估結(jié)果進行設計，根據(jù)使用性質(zhì)確定雷電保護的等級，一般可以在被保護設備處安裝三級浪涌保護器，第一級使用開關(guān)型電涌保護器、第二級和第三級則使用限壓型電涌保護器，每個保護器的參數(shù)設置必須要符合相關(guān)規(guī)定的最小值。一級放電電流In≥15KA，二級放電電流In≥40KA，三級放電電流≥20KA。
參考文獻
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