风力发电机抗雷击保护标准技术建议

《风力发电机抗雷击保护标准技术建议》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、风力发电机抗雷击保护标准技术建议编者按：2009年7月29日，第二届国际海上风电与传输大会在上海召开，会后相关企业领导与技术专家们对风力发电机的雷击现象表示担忧，而国内外也未在这一领域出台适用标准。因此，本文针对这一尚未解决的技术问题，介绍了相关标准情况，以及美国标准技术专家BruceGlushakow的标准制订技术建议，以供相关技术人员参考。众所周知，风力发电机组通常分散安置在风能资源比较丰富的各种复杂地形带，如旷野、山顶等，同时风机叶片的高点达100多米。在这种情况下，风机极易遭到雷击。目前，风电机组的单机容量越来越大，

2、随着轮毂高度和叶轮直径的增高，雷击的风险也相对增加，雷击已经成了自然界中对风电机组安全运行危害最大的一种灾害。雷电释放的巨大能量，会造成风电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。目前，我国风电行业只能参照其他行业的标准，例如电力标准、气象标准等，同时验收标准也尚未统一。中科院电工研究所牵头制定的《风电机组的防雷标准》尚未完稿。在此，本文介绍相关标准的现状，以及国外专家的一些相关建议。（一）雷电保护标准现有应用于风力发电机的防雷电标准，有如下几项：1.《IEC61024防雷电结构》；2.《IEC61662雷电风险评估

3、》；3.《IEC613121-5抗雷电电磁激励》。目前，世界上还未专门针对风力发电机防雷电制定标准，在实际生产中，主要参考2002年颁布的IEC/TR61400-24Ed.1.0，名为《风力发电系统——24节：雷电防护》。值得注意的是，在该文件的25页注明：“此文件仅提供相关信息，非国际标准。”但不能否定，IEC/TR614200-24还是为风力发电机雷电保护相关标准的制定打开了大门。该文件包含了以下几个重要内容：1.风力发电机雷击损坏数据报告（章节4）；2.转子叶片、轴承和齿轮箱等部件雷电保护的综合分析（章节6与7）；3.

4、在内容与其他国际标准保持一致的基础上提出，防雷系统必须保证峰值电流200kA时，风力发电机不受损害（段落5.3）；4.强调工作重点放在接地和焊接工序。（二）雷电风险因素风力发电机雷击事故的统计数据证实了由欧盟授权，曼彻斯特大学研究的风电机抗雷击项目结论，即雷电对于风力发电机电子系统的间接影响的防护与直接影响同样重要。需要控制的雷电风险因素有以下三方面：1.直接雷击导致叶片损坏：雷击于叶片顶端或沿叶片边缘引起的损坏。几乎所有破坏风力发电机的雷击都会损害转子叶片。2.冲击电流引起的破坏：此类损坏是由源于叶片直接雷击或者连接的电力

5、线、数据线的雷击所引起的。3.电压引起的破坏：此类损坏是由电路中压降所引起的，由于该电路是邻近引导闪电电流至地面的引下线。(三)防雷标准建议·Kindred应用软件的防护模型IEC/TR61400-24中3.5章节指出：“风力发电机的防雷问题不能与一般类似型式的建筑完全等同。”实际上，至少存在两种其他型式的建筑的防雷工作包含风力发电机所涉及的相关工作内容，但是不包括转子叶片（见下图）。例如，雷达天线塔和灯塔，在几何形状上都与风力发电机类似，并且同样大多坐落于非常偏僻和空旷的地区，容易遭受雷击。经过数年的研究，美国联邦航空局（

6、FAA）得到了使雷达天线塔成功避开闪电的方法，并运用到联邦航空局上百个雷达天线塔上。同样，中国运输部门对上百个灯塔、D/GPS站和临海设施等建筑，经过数年防雷防闪电的实践性研究，于2005年底，颁布了关于海洋设备防护条例。类似的成功经验不能完全照搬，但对风力发电机的防护工作有着借鉴意义。·接地系统1.风力发电机接地系统应该遵循IEC/TR61400-24中的第9章。2.在IEC61024-1和IEC/TR61400-24中表II中给出引下线的最小尺寸。3.环绕风力发电机外圈的环形接地部分需要与塔身相连。塔身的钢筋必须与风力发

7、电机接地系统融为一体。4.接地部分必须与所有的驱动电极、地下金属物（储能罐、管道等）以及操控建筑的接地系统相互连接。在一个风电场中，所有风力发电机的接地系统都必须相互连接。5.接地系统结构力求紧凑。系统中任意部分离闪电打击点30米以上都无法降低雷电过压峰值。6.通过优化设计，保证接地系统的阻值控制在10Ω以内。7.在任何时候，接地系统必须保持良好状态。通过年检及时发现接地系统的破裂、腐蚀、以及接地阻抗问题。·焊接和屏蔽如IEC/TR61400-24中第8.5章节所述，所有系统和金属部件都必须焊接一体，然后通过一条低阻抗路径并

8、入接地系统。·转子叶片1.导体元件：转子叶片必须于导电元件相联，通过导电元件将闪电电流导向轮毂，避免电弧留在叶片内部。导电材料可以是叶片的边框或者表面。2.多个感受器：研究表明，只有内置防雷防闪电系统而不在叶片端部设置感受器，是无法保证长叶片免受雷击的。长度小于30m的转子叶片可在叶片表面