水电之家讯：随着风电机组单机容量和风电场规模的增大,风电场的安全运行问题日益受到重视。在影响风电场安全运行的诸多因素中,遭受雷击是一个重要方面。本文结合风电机组防雷的研究成果,对风电机组的雷击过程、雷击损坏机理以及防雷措施进行了其内部防雷设计的要点阐述。
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。
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。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。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%。
2、雷电的破坏形式
设备遭雷击受损通常有4种情况,一是,设备直接遭受雷击而损坏;二是,雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入设备使其受损;三是,设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位“反击”而损坏;四是,设备因安装的方法或安装位置不当,受雷电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。
3、内部防雷保护措施
防雷保护区概念是规划风力发电机综合防雷保护的基础。它是一种对结构空间的设计方法,以便在构筑物内创建一个稳定的电磁兼容性环境。构筑物内不同电气设备的抗电磁干扰能力的大小决定了对这一空间电磁环境的要求。
作为一种保护措施,防雷保护区概念当然就包括了应在防雷保护区的边界处,将电磁干扰（传导性干扰和辐射性干扰）降低到可接受的范围内,因此,被保护的构筑物的不同部分被细分为不同的防雷保护区。防雷保护区的具体划分结果与风电机组的结构有关,并且也要考虑这一结构建筑形式和材料。通过设置屏蔽装置和安装电涌保护器,雷电在防雷保护区0A区的影响在进入1区时被大大缩减,风电机组内的电气和电子设备就可以正常工作,不受干扰。
内部防雷保护系统是由所有的在该区域内缩减雷电电磁效应的设施组成。主要包括防雷击等电位连接、屏蔽措施和电涌保护。
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