摘要：风电行业是一个正处于高速发展的行业，近年来雷击事件屡有发生，致使风电机组无法使用。本文主要讨论风力发电系统防雷问题，经过对风电机组中的防雷性能以及防雷技术进行分析，相应地提出有针对性的防雷措施，保证风电场的安全性。希望通过本文的分析能为以后的具体工作起到一定的参考作用。
关键词：风力发电；雷电；防雷保护；浪涌保护
引言
风力发电是一种清洁的、为人与自然提供了和谐发展的可再生能源。由于风力发电系统工作在自然环境下，不可避免的会遭受到雷电的影响，涉及的过电压保护及防雷接地问题较多。雷击是自然界中对风力发电系统安全运行危害最大的一种灾害。如雷击会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。通过对风力发电系统防雷方案的阐述，对风力发电的设计具有一定的工程实际意义。
1、雷电的危害
雷电对风电发电机组的危害，可分为雷电对机械结构的损坏和对电气系统的损坏。雷电对机械结构的损坏，主要是指雷电对叶片、测风仪等风电机组尖端部件的损坏，由于风力发电机组的叶片高度较高，叶片成了最易受直接雷击的部件。叶片是风力发电机组最昂贵的部件之一，大部分雷击事故只损坏叶片的叶尖部分，少量的毁损坏整个叶片；雷电对电气系统的损坏，主要是指雷电电流通过导体直击或感应作用在电气系统上，如发电机、电控系统等，会造成器件绝缘受损或被击穿、电气件损坏等严重后果。
2、设计方案的原则
在防雷工程设计中要达到技术先进，安全可靠和经济合理首先依赖于对雷电流的科学认识。国际电工委员会（IEC）于1992年在IEC61024-1-1和1995年的IEC61312-1中相继公布了雷电波参数和典型雷电流波形。参考建筑物防雷设计规范GB50057-2000第6.4.7条有具体要求。对那些处于旷野、或较高的建筑物，因可能直接击接闪雷击，均应按10/350μs波形来考虑防护，在低压主配电柜位置应加装通流量大、焦耳量高的符合I级测试要求（10/350μs）的开关型防雷及电涌保护器SPD，以利于在入户处将大部分雷电流转移入地，保障后续设备安全，我们就可以针对雷电波入侵的路径进行系统的防护。对那些有源线路加电涌保护器使之瞬态实现均压等电位，防止过电压的出现，保证设备安全。
3、风力发电系统的防雷措施
根据现有的雷击风力发电系统案例分析，雷击发生所引起的损坏大多是由雷击风机产生高温，热量转化成大电流，引起内部电场磁场的变化，致使物体击穿击断。因此保证雷电流迅速、安全的通过机组泄放到大地，是风力发电系统免受雷电袭击的关键。
3.1、外部系统防雷
雷电击中叶片时，会引发叶片爆裂，设备烧毁，甚至会借助轮毂的作用影响其他叶片，因此可在叶尖处布置排水孔。同时，在叶尖装设接闪器用来捕捉雷电，再通过叶片腔导引线使雷电引入大地，约束雷电，以避免雷电直击叶片本体而致使叶片损害。
在机舱顶端加装避雷针保护风速计和风向标免受雷击。专设的引下线连接机舱和塔架，雷击发生时不会被电流损坏，进而将雷电中的电流经过所用引下线顺利引入大地。
接地网接地系统的好坏直接关系到雷电泄放的效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆风力发电系统所处区域土壤电阻率高、分散性大，采用降阻剂，换土等方式效果并不好，所以应从经济、有效考虑。在塔架周围0．5m处设置一个跟塔架相连的环形铜环导体，环形铜环导体半径由土壤电阻率等参数确定。同时将选材为铜包钢的垂直接地极8－16根均匀的焊接在水平接地极上。
3.2、内部系统防雷
机舱内所有组件金属设备和外部导体，连接到机舱主框作为等电位，与接地装置相连。基础接地体和环形接地体的顶端接线夹应进入塔架内部，并连接到标记好的等电位连接带。
屏蔽隔离屏可以减少元件之间电磁耦合的影响。机舱上处理器和地面控制器通信，采用光钎电缆连接；对处理器和传感器，采用分开供电的直流电源。实现光电隔离，保障信号的传输质量。
过电压保护根据应用SPD的原理和不同电磁兼容性保护区的划分。应在塔底的控制柜内安装B－C级电源系统SPD。通信信号线路塔筒到机舱控制柜两端若用金属导线传输加装信号系统保护器，若用光钎传输需对光钎铠装金属层进行接地处理。对于风向标、风速仪和环境温度传感器等测控信号新路，可在控制柜内加装保护器。
3.3、浪涌保护
3.3.1、电源系统的保护
根据对不同电磁兼容性保护区的划分和应用SPD的原理，应在塔底的控制柜内主进线安装B+C级SPD。由于主配电采用的是TN-C制式，线电压690VAC，相电压400VAC。根据IEC60364-5-534的要求，用在其上的SPD的最大工作耐压为Uc=1.10U(U=400V)，可选泄放每相50KA雷电流的能力的SPD防雷器，并将残压限制在小于2.5KV。使其后端的设备处在安全的状态下。
3.3.2、通讯信号线路的保护
从塔筒到机舱控制柜内采用CAN总线系统进行控制。如两端间采用金属导线进行传输。则在线路的两端分别安装信号防雷器进行信号保护。如从机舱内控制柜到塔筒主控柜中用的是光纤传输。由于光纤不导雷。所以两端不用加装防雷器。但应对光纤铠装金属层或内部加强金属芯进行接地处理。对于经LPZ0区进入LPZ1区的通讯信号线路，必须在线路的两端终端设备处中装信号防雷器。如塔内到外界主控室的RS485通讯线路的两端分别加装一只信号保护器进行保护。确保护重要信号的传输。
结束语
综上所述，雷电能量非常巨大，雷击方式是复杂的，采用合理适当的防雷措施只能减少损失，只有更多新技术的突破和应用才能对雷电进行完全防护并加以利用。本文主要阐述了风电系统防雷方案分析与探讨，主要应考虑绝缘配合和防雷保护区，通过外部防雷和内部防雷保护方案设计提出相应防雷措施。
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论文作者:王磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：雷电论文; 防雷论文; 系统论文; 叶片论文; 风力发电论文; 机舱论文; 信号论文; 《电力设备》2017年第8期论文;