风力发电系统防雷解决方案

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1、风力发电系统防雷解决方案一、概述　　风能是当前技术最成熟、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

2、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，才能让更多的潜在投资者接受这一系统。　　DEHN+SOHNE是防雷行业的领导者，提供与风机相适应的雷电和电涌保护系统。为风机保护推出的专用型号体现了我们对风电技术的深刻理解。 二、设计依据标准1、GermanischerLioyd;VorschriftenundRichtlinien,KapitelIV:NichtmaritimeTechnik,Abschnitt1:Richtliniefur

3、dieZertifizierungvonWindeenergieanlagen《GL指导文件IV-1风力发电系统》2、IEC61400-24Windturbinegeneratorsystems-Part24:Lightningprotection《IEC61400-24风力发电系统防雷保护》3、IEC62305Protectionagainstlightning《IEC62305雷电防护》 《GL指导文件》是风机安装、测试和认证的标准，该标准也包含了对风机雷电防护的具体要求，是风机防雷保护的基础性文件。《IEC61400-24》定义和描述了风机防雷保护装置及其

4、应用。《IEC62305》具体规定了防雷保护装置的性能指标。德国保险业协会（GDV）的指导文件《VdS2010雷击浪涌防护》规定风电机组的防雷保护级别至少应为第二级，也就是说，风电机组应能够防护150KA以上的雷电而不损坏。关于雷击风险评估的方法参见《IEC62305-2》。 三、风电机组综合防雷保护系统1、雷电对风电机组的危害　　雷电对风电机组的危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。

5、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内。毫无疑问，电涌可以给风电机组带来相当严重的损坏。　　以下的风力发电机数据由欧洲几个国家提供,其中包含了超过4000台风力发电机的数据。表1是德国、丹麦和瑞典三国这些事故的汇总表。由雷击导致的风力发电机损坏数量，每100台平均每年3.9次到8次。从统计数据上显示，在北欧的风力发电机组中，每100台每年有4-8台遭受雷击而损坏。表1 雷击

6、损坏频率表国家日期风力发电机数量容量（MW）涡轮/年度雷击事故每100台/年损坏量德国1991-1998149835292047388丹麦1990-19982839698220008513.9瑞典1992-19984281781487865.8　　具体分析风力发电机的各种不同部件遭雷击损坏的情况，可为防雷保护提供基础数据。图2中显示了风机中几种不同部件遭雷击损坏的关系，数据来源于德国。值得注意的是：虽然损害部件是不相同的，但是控制系统部件雷击损坏占40-50%。图2遭雷击损坏部件分布（德国）　　随着防雷装置在风力发电机中的大量应用，新生产的风力发电机和旧的风力发

7、电机遭雷击损害的模式有了很大的不同（见图3）。旧的风力发电机最常见的损害是控制系统，而较新生产的风力发电机最常见的损害的是风叶。这表明近年来由于安装防雷装置，控制系统的防雷保护已取得明显的改善。图3新旧机型遭雷击损坏部件分布对比图　　风力发电机遭雷击损坏后，由于故障损害的分析和后续的维修，会有一段时间的停工期。对于风电场经营者来说，设备长时间停机是负担不起的。风机高昂的首次投资费用必须在有限的时间内收回，因此必须采取措施保证设备的长期稳定运行。　　从广泛使用的雷暴活动水平这一指标中，我们可以知道某一地区一年中云对地闪击的次数。在欧洲，海岸地区和较低海拔的山区每年

8、每平方公里发生的云‐地闪