高立兵

摘要：金風(fēng)750kW風(fēng)力發(fā)電機組的防雷系統(tǒng)是結(jié)合雷電的特點，將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)外部分成多個電磁兼容性防雷保護區(qū)。實際運行時，該防雷系統(tǒng)存在盲點區(qū)間，本文對該套系統(tǒng)中存在的問題進行改造，大大增加了有效的保護范圍，減少了雷擊故障。

關(guān)鍵詞：防雷系統(tǒng)；風(fēng)電機組

引言

雷電危害非常巨大，它可能對地面上的任何一種建筑結(jié)構(gòu)和科技設(shè)備造成嚴重的迫害，科學(xué)研究表明，設(shè)備所處的高度越高，受到雷電擊中的幾率也越大。寧夏長山頭風(fēng)電場海拔1505m-1559m，地形起伏較大，相對高差約20m，場址較為開闊，風(fēng)電機組塔筒高60m，風(fēng)電機組遭受雷擊現(xiàn)象頻繁發(fā)生，因此風(fēng)電機組防雷系統(tǒng)的好壞，直接關(guān)系著風(fēng)電機組安全穩(wěn)定運行。

風(fēng)力發(fā)電機組是處在曠野之中的高聳物體，更容易受到雷電的襲擊，并且雷擊是無法避免的，因此風(fēng)力發(fā)電機組防雷的重點是遭受雷擊時如何迅速將雷電流引入大地，盡可能地減少由雷電導(dǎo)入設(shè)備的電流，最大限度地保障人員和設(shè)備的安全，使損失降低到最小。

1.金風(fēng)S50/750風(fēng)電機組的防雷系統(tǒng)

金風(fēng)750kW風(fēng)力發(fā)電機組的防雷系統(tǒng)是根據(jù)相應(yīng)的防雷標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合雷電的特點，將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)外部分成多個電磁兼容性防雷保護區(qū)。其中，在機艙、塔身和主控室內(nèi)外可以分為LPZ0、LPZ1和LPZ2三個區(qū)，針對不同防雷區(qū)域采取有效的防護手段。

1.1葉片防雷保護

葉片是風(fēng)力發(fā)電機組中位置最高的部件，同時又是風(fēng)力發(fā)電機組中最昂貴的部件，因此葉片的防雷保護至關(guān)重要。葉片的完全絕緣是不能降低被雷擊的風(fēng)險而只能增加受損傷的程度，而且在很多情況下雷擊的位置在葉尖的背面。S50/750風(fēng)力發(fā)電機組的葉片防雷系統(tǒng)由雷電接閃器和雷電傳導(dǎo)部分組成，如圖1所示。

雷電接閃器是一個特殊設(shè)計的不銹鋼螺桿，裝置在葉片尖部，即葉片最可能被襲擊的部位，接閃器可以經(jīng)受多次雷電的襲擊，受損后也可以更換。雷電傳導(dǎo)部分在葉片內(nèi)部將雷電從接閃器導(dǎo)入葉片根部的金屬法蘭，通過延長節(jié)、輪轂傳至機艙。在輪轂的法蘭處有兩個防雷碳刷、放電間隙組成的保護將雷電流迅速傳至機艙底座，限制過電壓。

1.2機艙防雷保護

金風(fēng)S50/750風(fēng)機的機艙罩是用玻璃鋼材質(zhì)制成的，它能很好的起到防雷保護的作用。而且在機艙罩的后部裝有一根避雷針，它的作用是保護風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)。在遭受雷擊的情況下避雷針將雷電流通過接地電纜傳到機艙底座，避免雷電流沿傳動系統(tǒng)傳導(dǎo)。機艙底座為鋼結(jié)構(gòu)件，機艙內(nèi)的零部件都通過50mm＼+2銅接地線與之相連。

1.3電控系統(tǒng)防雷保護

電控裝置的防雷設(shè)計，主要是受架空線路遭雷擊或線路遠端雷擊傳導(dǎo)至風(fēng)機的過電壓和大的雷電流。金風(fēng)機組在配電柜主電纜進線端的主空開690V回路側(cè)并聯(lián)了防雷器件，在控制柜220V模塊用電回路中同時串、并聯(lián)不同的防雷器件，同時做好風(fēng)機的接地系統(tǒng)。

為了預(yù)防雷電效應(yīng)，對處在機艙內(nèi)的金屬設(shè)備如：金屬構(gòu)架、金屬裝置、電氣裝置、通訊裝置和外來的導(dǎo)體在靠近地面處作了等電位連接，連接母線與接地裝置連接。匯集到機艙底座的雷電流，傳送到塔架，由塔架本體將雷電流傳輸?shù)降撞?，并通過兩個接入點傳輸?shù)浇拥鼐W(wǎng)。

2.風(fēng)機防雷保護中存在的“盲點區(qū)間”

金風(fēng)S50/750風(fēng)機的防雷保護盡管做的相當(dāng)全面，但是該套系統(tǒng)中還是存在著不能完全防雷的區(qū)域。2012年4月29日早上7：00長山頭風(fēng)電場有11臺風(fēng)電機組不能并網(wǎng)發(fā)電，風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)顯示風(fēng)機狀態(tài)正常，11臺風(fēng)機的風(fēng)向角監(jiān)測數(shù)據(jù)一直顯示為0，檢查發(fā)現(xiàn)11臺風(fēng)機的風(fēng)向標(biāo)全被損壞，導(dǎo)致了風(fēng)機不能正常偏航對風(fēng)。由于28日晚上多次出現(xiàn)過雷雨閃電現(xiàn)象，雷電將風(fēng)向標(biāo)擊壞。2013年4月8日長山頭#CF34風(fēng)機，2013年4月18日#CF57風(fēng)機，2014年8月15日#CF25風(fēng)機的風(fēng)向標(biāo)也均遭雷電擊壞。由此可見，機艙罩后部的避雷針并不能完全保證風(fēng)向標(biāo)不受雷擊。

2.1避雷針系統(tǒng)改造

風(fēng)機風(fēng)向標(biāo)遭受雷擊的原因有：1）雷電的多樣性和特殊性造成了避雷針不能完全發(fā)揮應(yīng)有的作用。避雷針相對于直擊雷和線形雷的防御能力較好，而對其它雷電的防御能力則一般。2）單只避雷針過于簡單，風(fēng)向標(biāo)的安裝位置不夠精準(zhǔn)。

為了更好的保護風(fēng)機正常運行，減少雷擊次數(shù)，減少更換風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速儀的損壞次數(shù)，需要對避雷針防雷系統(tǒng)進行改造。長山頭風(fēng)電場防雷改造的方案是精確安裝風(fēng)向標(biāo)和加裝避雷環(huán)。

2.2加裝避雷環(huán)

長山頭風(fēng)電場對部分風(fēng)機的避雷針進行了技術(shù)改進，在避雷針上加裝2個半徑700mm避雷環(huán)，從而使風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速儀處于環(huán)網(wǎng)中，這樣大大增加了有效的保護范圍。經(jīng)過改造后，風(fēng)向標(biāo)被雷電擊中而損壞的故障率下降了72%。

3.結(jié)論

金風(fēng)S50/750從葉片、機艙、電氣系統(tǒng)方面實現(xiàn)了全防雷保護，但還是存在“盲點區(qū)域”。我們不能完全消除雷電對設(shè)備、人體構(gòu)成的危害，但是我們可以減輕危害。只有不斷地進行探索和技術(shù)改進，才能最小程度的降低雷電對人體、設(shè)備的危害。

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