风电系统防雷及过电压保护措施探讨

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1、风电系统防雷及过电压保护措施探讨陈超骏（华能江西清洁能源有限责任公司，江西南昌330029）摘要：近年来，风力发电作为清洁的可再生能源得到了快速发展。风电系统中涉及的过电压保护及防雷接地问题较多，但目前我国尚没有风电系统过电压保护和防雷接地的国家标准或行业标准。结合风电工程实例，系统地阐述了风电系统中的保护及防雷接地的方案设计及其实现，对风力发电和风电场设计具有较好的指导意义。关键词：风电；过电压；防雷中图分类号：TK267文献标识码：B压）、操作过电压。暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下出现的过电压，又称工频电

2、压升高。谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压。0引言随着风能利用技术的不断发展和成熟，我国风能的开发项目发展十分迅速。目前我国尚没有风电系统过电压保护和防雷接地的国家标准或行业标准。针对这一情况，首先对风电机组过电压主要应考虑外部过电压、内部过电压两个方面进行介绍。其次，给出了风电系统的过电压及保护体系和实现，主要包括直击雷保护、感应雷保护、机组配套升压设备保护、接地设计等4大方面。最后，结合风电工程实例，系统地阐述了风电系统中的保护及防雷

3、接地的方案设计及其实现，对风力发电和风电场设计具有较好的指导意义。2风电系统过电压保护配置风电系统的过电压保护主要包括风电系统中风电机组、升压站、场内输电线路过电压保护及防雷接地等三大部分内容。风电机组过电压保护及防雷接地主要应考虑几个方面。以下就直击雷保护、感应雷保护、机组配套升压设备保护、接地设计等四个方面做出了分析和阐述。2.1直击雷保护风力发电机出口电压一般为690V，需要通过箱式变压器将电压升高至10kV或35kV后送入升压站，而箱式变压器一般布置在风电机组附近，由于风电机组离地距离很高，且已有较完善的接地防雷系统。风电场升压站内电气设备通常采用户内型布置，安装于

4、生产楼内，因此升压站生产楼可采用屋顶避雷带进行直击雷保护。部分升压站采用的户外敞开式布置方式，当电气设备布置于户外时，所有电气设备应考虑直击雷影响，应由避雷针进行保护，或由避雷针及避雷线进行联合保护；户内部分的电气设备可通1过电压1.1外部过电压外部过电压又称雷电过电压，由大气中的雷云对地放电而引起的，持续时间约为几十微秒，具有脉冲的特性。直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。感应雷电过电压是雷闪击中电工设备附件地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。1.2内部过电压内部

5、过电压是电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压，分暂时过电压（暂态过电压和谐振过电作者简介：陈超骏（1990-），男，助理工程师，从事风能、太阳能等清洁能源发电开发及技术工作。81JIANGXIELECTRICPOWER电网技术过屋顶避雷带进行保护。2.2感应雷保护风电机组及配套箱变内易受过电压破坏的设备，需要配备避雷器、防雷器或电涌保护等设备。由于箱式变电站是通过电缆或架空线分别与机组和系统连接，因此需考虑感应雷过电压，在配套升压变高压侧，为了防止雷电侵入波影响，在变压器高压侧需安装金属氧化锌避雷器保护，同时为保护机组内部电力电子元件，在低压侧安装第一级电涌保护器。采

6、用电缆输电方案时，电缆一般采用直埋敷设方式。因此，不会有直击雷过电压情况，但是需考虑感应雷过电压的可能性。因此在电缆进入箱变及升压站中压母线处需安装避雷器，以降低感应雷影响。另外，电缆铠装金属屏蔽应确保可靠接地。2.3机组配套升压设备保护风电系统配电装置的侵入雷电波保护，为了防止雷电波影响，需在风电场高压及中压配电装置母线及架空线入口处装设氧化锌避雷器保护。在箱变高压侧安装氧化锌避雷器保护，同时可在低压侧安装第一级电涌保护器。关于避雷器设置需经过计算，金属氧化物避雷器与主变器间的最大电气距离可参照表1确定，对于其他电器的最大距离可相应增加35%。表1避雷器电气距离参照表强时

7、，应对接地网采取保护措施。根据《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）规定，设备的工频接地电阻应不大于4Ω。风电机组升压设备接地应充分利用风电机组基础接地网，风电机组接地电阻已很低，不容易超过规定的要求。3风机机组防雷配置根据单台风电机组接地装置采用以风电机组中心为圆心设置环形水平接地带，根据冲击有效范围的计算，如表2所示。表2单台风电机工频接地电阻和冲击接地电阻土壤电阻率冲击接地有效工频电阻R/Ω冲击电阻R/Ω风机编号备注ρ/Ω·m半径r/m1234567891046306640774093403630