风电系统防雷保护

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1、风电机组防雷技术雷电损坏特性直接雷击防护雷电电涌防护接地设计一.风电机组的雷电损坏特性(一）风电机组雷电灾害的严重性统计年19931994199519971998风机台数/台10581329147515091490风机年数/台·年8981185140915041489雷击数/次79149120111127每百风机年雷击数/%9139791.风电场雷灾统计数据(1)德国地形风机数容量MW风机年雷击数每百风机年雷击数直击雷%非直击雷%海岸61617840182235.633.6%68.9%低地5198832132397.423.4%76.6%低山36386197

2、327714.030.3%69.3%总和149835292047398.029.3%70.6%(2)地理条件影响(3)德国、丹麦、瑞士等国的雷击频率国家期间风机数容量MW风机年雷击数雷击数/年德国1991-1998149835292047388.0丹麦1990-19982839689220008513.9瑞士1992-19984281781487865.82.雷电危害途径机组部件损坏比例(1)危害途径(2)风电机组各部件的雷电损坏比率(二)雷击破坏作用1.机组的雷击特性(1)雷击部位易出现雷击点上行先导上行先导(2）雷击上行先导机制高结构体引雷效应hh(3)

3、单台机组年雷击率(N)估算2.雷击对桨叶的损坏(1)放电路径叶外表面叶内表面叶壳体材料叠层界面(2)表面效应表面光滑度表面污染注入单位电荷时常用金属的熔化体积当量铝：１２mm3/C铜：5.4mm3/C钢：4.4mm3/C3.雷电流的机械效应(1)电磁力(2)内压力+++++++++++线路雷云下行先导sh++++雷云回击sh++++过电压波过电压波线路4.电磁感应(1)静电应BSu（2）在导体回路中的感应电压s暂态电位抬高(1)暂态电位传递(2)跨步电压与接触电压6.雷电流对轴承的损坏(1)损坏机制主轴承齿轮箱发电机二、机组直接雷击防护(一)桨叶防雷接闪器引

4、下线钢丝引下线金属网接闪器接闪器顶端接闪器引下线希望的雷电路径发电机绝缘联轴器轴承齿轮箱偏航轴承电刷或滑块电刷或滑块绝缘支垫(二)轴承防雷与疏通电流通道电刷与滑块设置电刷(三)机舱防雷三、机组雷电电涌过电压防护(一)防雷区划分LPZ0A区LPZ0Ｂ区LPZ１区LPZ２区．．．(二)雷电电涌过电压防护1.电涌保护器(SPD)设置(1)气体放电管2.机组电涌保护器中常用元件(2)压敏电阻(3)暂态抑制二极管ui击穿区反向区正向区正向+—反向—+OUZ(4)正温度系数电阻(PTC)１．保护原理正温度系数电阻有一个动作温度TS，当电阻的本体温度低于TS时，其电阻值保

5、持在很低的数值上，这时的电阻值称为冷电阻值。当电阻本体温超过TS后，其阻值会迅速增大，电阻对温度的变化率dR/dT,即温度系数为正值，因此这种电阻器件被称为正温度系数电阻。PTC被保护设备PTC实际器件3.电气系统防护(1)机组变压器保护(2)电力线路(3)交流电源系统完整全模保护M1M2M3L1L2C2C5C6C1LNPE非完整全模保护(4)直流电源保护稳压电路(2)两级保护RD1D2GDT4.信号线路保护1．基本保护电路(1)单级保护RRD1D2D3D4D5D6平衡线路两级信号保护电路ＧDＴ(3)三级保护器进出电子电路、传感器、控制调节单元等线缆应安装单

6、级或多级信号保护器插入损耗(dB)电压驻波比响应时间(ns)平均功率(W)特性阻抗(Ω)传输速率(bps)工作频率(MHz)≤0.5≤1.3≤10≥1.5系统功率应满足系统要求2．对信号保护器的要求指标四.风电机组的接地(一)接地装置与接地电阻1.接地装置2.接地的分类(1)防雷接地(2)工作接地(3)保护接地3．接地电阻2r0(二)工频接地电阻1．垂直接地体lρ2r0lρttdl2．垂直接地体ρ3.组合接地体······ρRgvRghIn根4.接地网水平接地网Π为常数，由来确定00.050.10.20.5П0.440.400.370.330.26(三)冲击

7、接地电阻1．土壤放电效应2．分布参数效应有效接地体长度(四)土壤电阻率1.影响土壤电阻率的因素(1)土壤种类(2)土壤的含水量(3)温度1.浮地50MΩ绝缘电阻，抗接地系统中干扰，反击损坏2.单点接地(五)接地方式接地引线较长，引线长达信号波长四分之一的奇数倍时，引线趋于开路。适用于0.1MHz以下（三）多点接地五.接地测量(一)接地电阻测量1.测量原理(1)直线布电极法ＰＣＤＤ2DＰＤ2DＣ2D30º(2)三角布电极法(二)土壤电阻率的测量～AV012３aaah不均匀土壤电阻率的多层模型CDEGS软件处理