风力发电机直击雷防护特点.doc

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1、风力发电是新能源产业中的重要组成部分，截至2007年的时候全球风电装机容量已经突破9万MW，我国预计到2010年风电装机容量将达到2000万KW，年发电量为400亿KW〃h。可见，未来几年风电产业将成为国内的支柱产业，也将带动一批相关的上下游产业的高速发展，防雷也将成为重要的组成部分。1.风电防雷系统的组成针对风力发电机组的防雷，按照风力发电机的结构特点可分为直击雷防护和雷电电磁脉冲防护两部分，1.1风力发电机的直击雷防护1）叶片的直击雷防护2）机舱及塔桶的等电位链接3）风机的接地设计1.2风力发电机雷电电磁脉冲防护系统的组成1）电控系统的雷电电荷防护2）信号控制系统的雷电电磁脉冲防

2、护3）等电位及屏蔽防护根据以上的分类，本文重点介绍其直击雷系统的防护。2.风力发电机组叶片的防雷从图1可见，风力发电机组中最高部分就是叶片的最高高度，当叶片运行到最高高度时，即可视为避雷针形成引雷通道，是目前全球范围风力发电机遭雷击破坏影响最大的一种情况。对于风力发电机的叶片防雷，全球各风电设备制造厂商都采取了不同的防护措施，也都取得了一定的效果，对于目前行业中风电叶片的防雷措施本文也会做一下简单的比较。目前，风力发电机组的叶片都是有符合材料制成的大型中空结构，如比例纤维曾倩的复合材料GRP(玻璃钢材料)，木材、复合板材和碳纤维增强塑料（CRP）、碳纤维增强塑料（CRP）一般用于加强

3、叶片的结构或特殊元件（如：带翼尖失速制动装臵）的叶片变浆轴。早些时间，有些观点认为雷电不会击中绝缘材料制成的叶片上，可是，实际的运行经验彻底的打破了这种观点，事实上，雷电会击中没有任何金属材料的叶片上，而导致整机的火灾。2.2不同叶片的特点根据叶片的控制和制动方式不同，风机的叶片可分为以A、B、C、D四种类型。2.2.1A型叶片的特点A型叶片浆前缘外部的一个副翼作为制动翼,对于这种叶片雷电雷击点较多的出现在钢折板的铰接处,由于控制折板的钢丝没有足够的同流能力,造成控制折板的钢丝熔断;2.2.2B型叶片的特点相对于A型叶片,B型叶片在制动上采取了叶尖制动的方式,而这种制动方式同时把叶尖

4、作为雷击的接闪点,当雷电通过叶尖接闪后雷电电弧从叶尖点开始到主轴与叶片的链接法兰之间形成电弧,这种电弧将造成叶片的整体爆裂,目前这两种叶片基本上已经淘汰.目前仍在使用的基本是老式的100KW以下的风力发电机。2.2.3C型叶片的特点这种叶片是目前行业中常用的一种新型叶片,它与B型叶片相似,与B型叶片相比,这种叶片造成的电弧张力相对损失会更严重,为了避免这种情况,17米的叶片内部使用的钢丝直径都大于10mm，由于加强了钢丝的通流能力,所以这种叶片在遭雷击后较少出现整个叶片爆裂的情况。2.2.4D型叶片的特点D型叶片是完全的非金属材料制成的,有试验表明,这种非金属材质的叶片在运行一段时间

5、后,由于表面的污浊和盐雾侵蚀叶片的表面等效于导体材料,这种叶片也会经常遭到雷击。2.3叶片遭雷击后的损坏机制叶片遭雷击的典型后果是叶片的开裂,复合材料表面的烧灼损坏,或者有金属部件的烧毁及融化,而对于雷电在叶片内部形成电弧时,对叶片的损坏最为严重,当雷电击中叶片后叶片内部中空的空气会迅速膨胀,这种膨胀可能是由于叶片内部的残留潮湿空气或者瞬间高温产生的空气膨胀,瞬间的压力冲击会是整个叶片爆裂,严重时压力波会通过轮毂传导到没有遭雷击的叶片上,而引起连锁的损坏。避免雷电击中叶片后形成的内部压力的最好办法是将雷电通道屏蔽在叶片的外部,或者减小雷电对叶片的冲击压力,当叶片外部的雷电散流面积足够

6、大时,对叶片的损坏相对会减小很多。2.4各种风力发电机的叶片防雷措施目前,叶片的防雷主要的做法是将叶片上的雷电流引至轮毂长,通过轮毂与塔桶的等电位联接系统将雷电流泻放,避免叶片的损坏。主流的方法有两种,一种是在叶片的表面或内部安装金属材料将电流从叶尖引至叶根通叶片轮毂的联接泻流;另一种是在叶片表面添加到点材料,使雷电流在叶片表面传导,避免叶片的损坏。2.4.1叶片表面或者嵌入叶片表面的接闪器在叶片表面安装届疝气或者引下线的金属避雷线必须有足够的截面积能够承受雷击电流,并且能够安全传导,一般使用的铝质避雷线的截面积为50mm2，但是如何将避雷线牢固的固定在叶片上也存在一定问题,安装在叶

7、片表面的避雷线很可能因为叶片在转动的过程中影响叶片的空气动力学特性脱落或者产生噪音.用铜或铝的避雷线或者网制作成的嵌入叶片的避雷带,严格的将是避雷线从叶根到叶尖的表面的联接,或者是包裹这个叶片的前缘和后缘。2.4.2粘贴金属箔和分段式避雷带在国外有些风力发电机的叶片防雷处理中使用了一种在叶片表面粘贴铝箔的方式,这种方式唯一的问题就是无法长时间可靠固定,在粘贴几个月后就会脱落,如果能够解决固定的方式,达到使其长期可靠的固定,这种方式将成为以后总有效且成本低廉