风力发电防雷设计方案

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1、风力发电防雷设计方案风力发电防雷设计方案风力发电防雷设计方案目录1.概述32.风力发电机防雷理论33.雷电对风电机组的危害54.设计依据65.分项防雷设计75.1接闪器75.2引下线75.3接地系统85.4防雷击等电位连接85.5屏蔽措施85.6电涌保护85.7需电涌保护设备9风力发电防雷设计方案1.概述　是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生洁净能源。风能发电为人与自然和谐发展提供了基础。由于风力发电机组是在自然环境下工作，不可避免的会受到自然灾害的影响。由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组

2、的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径随着增高，风机的高度和安装位置决定了它是雷击的首选通道，而且风机内部集中了大量敏感的电气、电子设备，一次雷击带来的损坏将是非常大的。因此，必须为风机内的电气、电子设备安装完整的防雷保护系统。通过安装防雷保护装置，设备得到了保护，维护和维修费用降低，并且可以提高设备正常工作的时间。从效率方面考虑，应该从风电机组的设计阶段就考虑其防雷保护的问题，这样就可以避免日后的昂贵的维修费用和改造工程。只有可靠工作的设备才能让投资尽快收回。也只有如此，才能让更多的

3、潜在投资者接受这一系统。2.风力发电机防雷理论发电机的最佳安装位置与雷暴的活动有着密切的关系。美国太空总署所公布的地图显示，在大多数风力密度高的地方，每年的雷暴天数在30多天。2根据一项2002年完成的研究，美国国家可再生能源协会的统计显示，每年有8%的风力涡轮发电机会遭受一次直击雷击。3在1992到1995年之间，仅德国就报告了393次风力涡轮发电机雷击损坏的事件（124直接击中风力涡轮发电机，其余的通过配电网入侵）.4角度来分析，地球的表面为负极充电，其上面的大气层为正极充电。大部份时间里,风力发电

4、防雷设计方案大气是良好的绝缘体，保持了两者的距离。但是当雷暴逐渐生成并向大地表面靠近时，在云块里的电荷（正极的或是负极的)可以被传导到大地，这就是闪电。最常见的闪电,也是我们所感兴趣的-与风力涡轮发电机雷电防护有关的,是云-到-地或者CG的闪电，云地闪电所记录到的电流有高达300000安培。(超过100米高的风力涡轮发电机也可能遭受到向上的雷击，但是这相对非常稀少。)相对于大气而言，大地通常是负极充电的。但是当雷暴经过大地时，云块下方原本负电荷充电的几公里的雷暴范围内的大地可以变为正极充电。这些正电荷会

5、集中在垂直的物体上，如树和高建筑物，这些物体向上发射出正极的放电，并试图与从云块发出的向下的负极放电相会合。当来自云块的负电荷放电与来自地球表面的一个物体的正电荷放电相结合时，闪电就发生了。每当一个闪电向地面传导时，它必定有一个“附着点”，即为向上电荷的起点。因为风力涡轮发电机通常在暴露的位置上，并且明显地高于邻近的物体，所以是优良的附着点。目前风力涡轮发电机的叶片是附着点。然而，风力涡轮发电机上几乎任何地方都是直击雷击的附着点：接闪器（避雷针）、机舱（塔顶上发电机和控制器的舱房)、在设施顶部附近的突起

6、,和塔本身。当风力涡轮发电机的任何部份被雷击击中时，风力涡轮发电机变成雷电流泄放的通路。从附着点到大地，雷电流将流过任何阻抗最低的路径。雷电防护是通过提供一个低阻抗的入地路径，将雷电电流从敏感元件外分流。一个防雷系统包括雷击接闪器，下引导体，接地系统和每个子系统的电涌保护器。一个低阻抗的接地系统是任何防雷系统的首要条件。这包括了将所有的金属部件、系统和雷击附着点的等电位连接。如果未能实施，则一个数以百万伏计的电压差会建立在独立的涡轮元件之间。同时也必须注意与雷击下引导体向邻近的各种导体的配线配置,以避免

7、巨大的感应电压(所导致的结果是产生电涌电流)入侵到塔和机舱里面的电力电路及控制电路中。但是：一个10欧姆的接地系统在严重的雷击时将会产生2,000,000伏的电涌，这意味着即使是最好的接地系统，也将有大幅的电压需要考虑，因此，设备的安全唯一答案是电涌防护器。风力发电防雷设计方案发电机及控制系统的元件对风力涡轮发电机所遭受的直击雷击以及与风力涡轮发电机相连接的输电线路的外部所引入的电流极其敏感。因此，除了良好的接地系统以外，还必须使用电涌防护器来保护这些部件。3.雷电对风电机组的危害　　雷电对风电机组的危

8、害风力发电机通常位于开阔的区域，而且很高，所以整个风机是暴露在直接雷击的威胁之下，被雷电直接击中的概率是与该物体的高度的平方值成正比。兆瓦级风力发电机的叶片高度达到150m以上，因此风机的叶片部分特别容易被雷电击中。风机内部集成了大量的电气、电子设备，可以说，我们平常用到的几乎每一种电子元件和电气设备，都可以在一台风电机组中找到其应用，例如开关柜、马达、驱动装置、变频器、传感器、执行机构，以及相应的总线系统等。这些设备都集中在一个很小的区域