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风力发电装置防雷技术的研究与应用万巧锐

发表时间：2020/1/10 来源：《防护工程》2019年18期作者：万巧锐

[导读] 按照风力发电装置的运行特点与实际情况，将防雷技术合理的应用其中，有效增强整体的防雷效果，维护发电装置的安全性。

南京信息工程大学江苏南京 210044
　　摘要：在我国能源结构调整的背景之下，再生能源资源得到了大规模的开发，资源较为丰富，技术趋于成熟，尤其是风力发电资源，受到了广泛重视，但是在风力发电装置数量提升的情况下，防雷的安全问题也逐渐凸显出来，一旦风力发电装置受到雷击出现安全事故，将会造成严重的经济损失。因此，在未来的工作中应该重视风力发电装置防雷技术的应用，采用先进的防雷技术预防出现雷击事故问题，确保风力发电装置的安全性。
　　关键词：风力发电装置；防雷技术；应用措施
　　
　　
　　风力发电装置在运行的过程中，一旦受到雷击将会出现严重的经济损失，因此，在实际工作中应该将安全运行作为前提，合理的采用防雷技术，有效整合各种防雷技术的资源，全面提升其安全性，达到预期的工作目标。
　　一、风力发电装置的雷电分析
　　（一）雷电与电涌的形成
　　一般情况下，电涌的电压具有持续时间短的特点，瞬态与脉冲电压呈现出陡峭上升的台式。电涌是闪电放电之后，风力发电装置的开关操作与静电放电所诱发，在电流与电容耦合作用之下，经过电源与数据传输系统等进入到风力发电装置。近年来，风力发电装置的集成度有所提升，耐过电压的强度开始降低，如若不能设置相关的限压或是泄流保护系统，将会导致风力发电装置受到损坏。
　　（二）雷电放电的类型
　　一般情况下，雷电放电可以分成以下几种类型：（1）直击雷。雷电放电的过程中，会产生巨大的电流，对风力发电设备产生直接的损害，如果没有设置相应的防雷击设施，将会导致风力发电装置的运行稳定性与安全性降低。（2）感应雷。雷云在出现自闪现象、云际闪现象或是云地闪现象的时候，会出现感应雷，其对风力发电装置的运行会产生直接影响。（3）球形雷。雷暴时发生，为圆球形状的闪电，其属于真实的物理现象，在有球形雷的情况下，风力发电装置的运行安全性会受到严重的威胁[1]。
　　二、风力发电装置防雷技术的应用措施
　　为确保风力发电装置的安全性，预防雷击事故造成的影响，应积极采用先进的防雷技术，编制完善的技术应用方案，有效提升整体的防雷工作效果。
　　（一）合理选择防雷器
　　风力发电装置中采用相关的防雷技术，应该重视防雷器设备的选用，按照实际情况正确的进行处理，如表1所示，为各个等级的防雷器设备保护水平，其中，B级的防雷器在实际应用的过程中，主要是大通电流的设备，能够将很高的雷电流泄放出去，形成限流的良好模式，还能够减小危险过电压。C等级和B等级的防雷器，一般属于低压类型的设备，能够将风力发电装置的线路剩余雷电留泄放出去，使得电压能够减少到装置耐受的水平。在此情况下，就应该重点采用B级的防雷器，然后配合采用C与D级的防雷器进行辅助处理，有效的提升防雷电的水平[2]。
　　表1 不同等级防雷器设备保护水平
　

　　（二）合理设计防雷与过电压保护系统
　　为有效提升防雷技术的应用效果，应设计相关的防雷与过电压的保护系统，通过科学合理的方式提升过电压保护工作效果。风力发电装置的内部设计工作中，要求重视雷电接受与传导途径的处理，通过叶片表面部分的接闪电极进行雷电的引导，然后通过引下线传到根部位置，在根部传到法兰结构，然后经过法兰与相关的变桨轴承进入到轮毅，之后会进入到主轴等区域，在此过程中，应该在主轴等各个区域设置接地网，以此达到防雷击的良好工作目标。而在外部的直击雷防护方面，还需正确设计相关系统：（1）叶片结构。在叶片区域，设计相关的防雷系统，应先连接接闪器设备，然后在叶片的内腔设置与根部相互连接的导引线。而在叶片的内部接闪器设备可以利用导引线将雷电传入叶片根部金属法兰，之后会层层传入到接地网中，需要注意的是，应该预防雷电对叶片产生直击性影响，以免出现损害的问题。（2）机舱的合理处理。可以采用避雷棒进行机舱部分的处理，将主机架还有叶片等相互连接，之后接入接地网。避雷棒的应用，需要重点保护相关的风速计设备与风标设备，在出现雷击现象的时候，可以将雷电的电流利用接地电缆，传到上层平台，以免雷电流沿着相关传动系统传导。（3）应该设置专门的引下线，对机舱和塔架进行连接，以此有效的降低电压，预防在雷击的过程中出现损害。（4）应该在混凝土结构的周围，合理设置接地网，位置在基础地下的1米区域，并且设置相应的地下镀铜接地棒[3]。（5）为了能够有效的规避雷电效应所带来的影响，应该正确的处理机舱之内的金属机械设备，像是金属架构与装置、电气设备等等，均需要进行等电位的连接处理，合理的进行母线和接地装置的接入，在发生雷击的时候，雷电流会被汇聚到机舱底部区域，然后传导到塔架区域，然后传输到最底部的接地网中。而等电位的连接工作中，应重点强调风速计设备、风标设备和传感器设备的电位接地处理。然后按照接地带的实际情况，选择尺寸较为合适的机舱零部件，像是主轴承部件、齿轮箱部件等等。在此过程中，还需重点进行隔离处理，尤其是机舱中的处理器设备和地面控制器设备，在相互通信的过程中，必须要使用光纤电缆进行衔接，为预防出雷击的事故问题，应将直流电源的供电系统隔离，达到良好的防雷工作目的。为提升整体的防雷效果，还需要正确采用过电压保护设备，使用避雷器亦或是敏块电阻的相关设备进行过电压保护，形成良好的防雷击作用[4]。
　　（三）风电发电装置底部的防雷技术应用
　　在相关的变速器设备到风力发电装置转子的出线、进线段，均应该设计二级分类试验类型的电源避雷器设备，然后利用一级的避雷器设备进线主导。在并网柜设备到相关的发电装置定子的出线与进线端，均应该设计电源避雷器设备。底部区域设置B级的避雷器，以免受到雷击影响[5]。为确保变电站的防雷水平符合要求，应正确的进线钢筋的屏蔽处理，如果建筑物中含有钢筋，就应该安装薄钢板或是金属丝网，合理的设置屏蔽层，以免受到雷击影响。如果周围存在建筑物，就需要进行雷击的试验，明确是否存在安全隐患问题，并采用科学的措施解决问题，以免出现严重的安全事故。需要注意的是，在屏蔽处理与防雷击系统设计的工作中，应总结丰富的经验，按照相关防雷技术的应用特点与实际情况，精细化的进行分析和研究，一旦发现在防雷技术方面存在问题，就必须采用科学的措施解决问题[6]。
　　结语：
　　近年来风力发电装置在运行期间经常会受到雷击的影响出现严重的事故问题，不仅会造成经济损失，还会对风力发电事业的持续发展造成影响。在此情况下，就应该积极采用防雷技术，按照风力发电装置的运行特点与实际情况，将防雷技术合理的应用其中，有效增强整体的防雷效果，维护发电装置的安全性。
　　
　　参考文献：
　　[1]国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会.风力发电机组防雷装置检测技术规范：GB/T 36490-2018[S]，2018，22（14）155-166.
　　[2]熊芳瑜，叶平，郑立新.简论风力发电机组防雷性能改善的内容和方法[J].价值工程，2018，37（1）：141-143.
　　[3]曾勇，张淑霞，黄钰.贵州山地风力发电机地网接地电阻检测方法探讨[J].科技风，2017，（15）：181-182.
　　[4]张春龙，李春影，张卫星，等.风力发电站大地网接地阻抗检测技术研究[J].黑龙江气象，2016，33（4）：38-39.
　　[5]姚丙义.永磁直驱风力发电机组的防雷接地保护探讨[J].现代商贸工业，2019，33（13）：180-181.
　　[6]牛峥，李丹丹，许旌玮，等.风力发电系统防雷技术改进分析[J].中国新通信，2019，21（5）：139-156.