大型风力发电机组的防雷保护综述_王宝归

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1、SURVEYLECTURE大型风力发电机组的防雷保护综述南车株洲电力机车研究所有限公司王宝归摘要，，：随着风力发电机组单机容量的不断増大风机轮毂高度和叶片高点也在不断増高在旷野，风机遭受雷击的概率非常大。从各风场反馈的情况来看，雷击不、山顶和沿海地区但是造成风机故障停机的重要因素，甚至直接影响风电场的安全运行。本文首先从雷电的破坏机理和形式入手，，对雷电的防护区域进行了划分并提出了风力发电机组的防雷保护设计原则和防雷系统工程方案；而后对风机整机系统的防雷保护进行了系统的分析，并提出了具体的防雷保护方法。关键词：风力发电机组雷电防雷

2、保护【中图分类号】【文献标识码】文章编号用于高原、烧毁等故障引言风力发电机组开始大量应，给风场带来直接和间接一种绿色风能是、安全的清洁能沿海、海上等地形更为复杂，环境更的巨大经济损失，因此风力发电机组源、最具备规为恶劣的地区更加加大了风力发电的防雷保护已日益引起各个风机制造，也是当前技术最成熟，。模开发条件的可再生能源。近年来，机组被雷击的风险据统计，风机故厂家和风机研发设计人员的重视。风一个综合性的工程风力发电机组的单机容量越来越大，防雷，障中，由遭遇雷击导致的故障占到机的防雷是为了吸收更多能量度和叶轮。电具有极大的破坏力雷击释

3、放设计的到位与否直接关系到风机在，轮毂高，，直径不断增高、；同时原沿海、的巨大能量会造成风力发电机组叶片雷雨天气时能否正常工作，并且确保，高海上等新型风力发电机组的开发、，使损坏、发电机绝缘击穿控制元器件风机内的各种设备不受损害。SURVEYLECTURE2雷电的破坏机理与形式°雷电现象是带异性电荷的雷云间或是觀装带电荷雷云与大地间的放电现象。风力发『电机组遭受雷击的过程实际上就是带电雷——锒航轴承云与风力发电机组间的放电。在所有雷击放电形式中，雷云对大地的正极性放电或；一一大地对雷云的负极性放电具有较大的电流‘塔架；架空线网和较

4、高的能量。雷击保护最关注的是每严丨；—次雷击放电的电流波形和雷电参数‘。雷电操作间嫌参数包括峰值电流、转移电荷及电流陡度口等―““。风力发输组遭受雷击损坏的机理与这些参数密切相关。环形接地体基础接地线土壤电线杆基础峰值电流图具有防雷区的风力发电机组示意图当雷电流流过被击物时，会导致被（设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位”击物的温度升高‘，风力发电机组叶片的损坏在很多情况而损坏反击；下与此热效应有关。热效应从根本上来说与雷击放电所（设备因安装的方法或安装位置不当，受雷电在空包含的能量有关。，其中峰值电流起到很大的作用当雷间分

5、布的电场、磁场影响而损坏。电流流过被击物时（如叶片中的导体）还可能产生很大的电磁力，电磁力的作用也有可能使其弯曲甚至断裂。另外，雷电防护区域的划分雷电流通道中可能出现电弧。电弧产生的膨胀过压与雷雷电防护区域的提出是为了更好的保护风机系统里电流波形的积分有关，其燃弧过程中骤增的高温会对被的电气部件。风机系统利用半径的滚球法可以分为击物造成极大的破坏，这也是导致许多风机叶片损坏的几个不同的区域。雷电防护系统依据标准制定划分区域，主要原因。目的是为了减少电磁干扰与可预见的耦合干扰。国际电转移电荷工委员会对防雷过电压保护的防护区域划分为：

6、区物体遭受雷击时，大多数的电荷转移都发生在持续时（、区如图所示。，区，间较长而幅值相对较低的雷电流过程中。这些持续时间区有直击雷（绕雷）侵袭的危险，完全处在电较长的电流将在被击物表面产生局部金属熔化和灼蚀斑磁场环境中：，具有雷击电涌破坏的可能。这个区域包括一旦形成电弧就会在发生电弧的地叶片点。在雷电流路径上、机舱罩避雷针系统、塔架、架空电力线、风场通方出现灼蚀斑点，如果雷电流足够大还可能导致金属熔讯电缆区没有直击的危险；，但电磁场环境与雷化一。这是威胁风力发电机组轴承安全的个潜在因素，电电涌没有任何减低。这类区域包括叶片加热部分、

7、环因为在轴承的接触面上非常容易产生电弧，它就有可能境测量传感器、航标灯未平蔽的机舱内部、发电机、齿将轴承熔焊在一起。即使不出现轴承熔焊现象，轴承中轮箱、冷却系统、传动系统、电气控制柜、传感器、电缆。的灼蚀斑点也会加速其磨损，缩短其使用寿命。以上部位是遭受直击雷（绕雷）或不遭受直击雷，但电磁电流陡度场没有衰减的部位。风力发电机组遭受雷击的过程中经常会造成控制系区可选择保护设备，存在电涌破坏的危险，统或电子器件损坏，其主要原因是存在感应过电压。感电磁场由于屏蔽作用已经减弱、。这类区域包括机舱内应过电压与雷电流的陡度密切相关雷电流陡度越

8、大、，，塔架内的设备如电缆、发电机齿轮箱等。感应电压就越高一。区电涌破坏进步减弱，电磁破坏影响更小。雷电的破坏形式这类区域包括塔架内电气柜中的设备，特别是屏蔽较好设备遭雷击受损通常有四种情况：的弱电部分。设备直接遭受雷击而损坏；雷电脉冲沿着与设备相