湖南省气象灾害防御技术中心 长沙 410007
摘要：通过对省内多个风电场的风力发电机组防雷装置进行检测，结合有关防雷规范、行业标准及工作经验，主要从外部防雷装置、内部防雷装置检测及现阶段防雷检测的乱象对风力发电机组防雷检测方法进行总结归纳，提出正确检测方法，以减少雷电对风电场的危害。
关键词：风力发电厂 防雷装置 检测方法
0引言
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。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，大部分风机主体高度约为80米，叶片长度约50米，即风机最高度的高点约130米，相对的也增加了被雷击的风险，雷击成了自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。雷电释放的巨大能会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。
我省风电场大部分分布在海拔达1000多米的高山上，地形复杂，雷暴日较多，在建设初期应充分重视雷击给风力风电机组和运行人员带来的巨大威胁。据统计，叶片被击中率达 4%，箱变及其他通讯电器元件被击中率更高达20%。为了降低自然灾害带来的损失，必须充分了解它，并做出有针对性的防范措施。例如，邵阳宝莲风电场建成投产至今已发生了多次雷击事件。风电厂的防雷是一个综合性的防雷工程，从防雷设计、施工以及防雷装置的检测到位与否，直接关系到风电场在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风机及升压站场内的各种设备不受损害等。
1 风电场的组成
风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电；它由机头、转体、尾翼、叶片组成，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。电能通过多个风机旋转产生电能，利用风机底部的箱变及传输线路将电能传输到升压站，通过升压站设备的升压后传输到电网并网送电。
1.1升压站
升压站一般包括主控室（继保室）、SVG室、GIS室、配电室（高压配电室、低压配电室等）以及其他附属设施及生活设施等。
1.2风机
风机一般有风机塔筒、塔基控制柜、塔筒冷却柜、变频控制柜、辅助供电柜、双馈变流器柜、升降机和内外爬梯、监控、电涌保护器、箱变等
2 检测标准和依据
《建筑物防雷设计规范》 GB 50057-2010
《风电场工程电气设计规范》 NB/T 31026-2012
《风力发电机组防雷装置检测技术规范》GB/T 36490-2018
《建筑物防雷装置检测技术规范》 GB/T 21431-2015
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB 50343-2012
《接地装置特性参数测量导则》 DL/T 475-2006
3 检测的方式
依据相关检测规范和标准，风机接地装置接地电阻的测量应采用三极法，升压站应采用大地网检测仪进行检测。但风机如果采用三极法可以两种方式进行布置。
3.1 三角型布置
采用三极法测量接地电阻值，电极可采用三角型布置（见图1）。
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图1 三角型布置
电压极与接地网之间的距离d12，电流值与接地网之间的距离d13，一股取d12=d13≥2D，夹角≈30°，D为接地网最大对角线长度。
3.2直线型布置
采用三极法测量接地电阻值，电极可采用直线型布置（见下图2）。
电压极与接地网之间的距离d12，一般取d12≥2D。电流极与接地网之间的距离d13，一般取d13≥4D。D为接地网最大对角线长度。
一般测试大型接地装置时宜采用电位降法测试，但受环境限制无法使用此方法时，也可采用三极法中的直线法测试。如处在高山上的风电站，接地装置对角线长度D及接地装置边缘难以确定，此时适宜采用直线法测试。当满足测试条件时，应使电流极C与电位极P保持尽量远的距离，以减小互感耦合对测试结果的影响。当测得的接地阻抗偏大时，可将电流极C与电位极P更换到土壤较好的位置再次进行测试，或沿接地网和电流极C的连线方向移动三次，每次移动的距离为d13的5%左右，当三次测试的结果误差在5%以内即可。
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图2 直线型布置
3.3 升压站大地网检测
升压站接地电阻测试通过大地网设备按照直线型布置，电压极与接地网之间的距离d12，一般取d12≥2D。电流极与接地网之间的距离d13，一般取d13≥4D。D为接地网最大对角线长度。沿接地网和电流极C的连线方向移动三次，每次移动的距离为d13的5%左右，当三次测试的结果误差在5%以内即可（见下图3）。
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图3大地网直线型布置
4 检测主要内容
4.1直击雷装置检测
由于在检测过程中，大部分风机不能做到停机检测，而叶片顶部的检测测试人员无法进行顶部测试，所以只有在维护时才能进行检查检测。除了叶片外，测风装置和机舱也及易受到雷电的威胁，测试时，应测试风机装置及机舱的接闪装置是否完好，接地电阻值是否符合要求。同时，对外爬梯、监控杆、箱变等外部防雷装置也进行检测，看接地电阻是否达到要求。同时测试升压站建构筑物的接闪器、接地测试卡与升压站接地引出端子的连通情况。
4.2内部防雷装置
风机内部的电气装置也极易受到雷击电磁脉冲和雷电感应的危害，轻则导致风机不能正常运行，重则可能引起电气火灾等重大隐患。所以在检测过程中对机舱内的塔基控制柜、发电机、爬梯、双馈变流柜、变压器等装置进行等单位检测，看连接是否完好，电阻值是否符合要求。
测试升压站大地网接地电阻值、跨步电压、接触电势，并将升压站地网网格化，以后期绘制升压站地表电位梯度图；测试升压站变电设施设备与接地引出端子的连通情况。升压站接地电阻值要求根据图纸设计而定，一般要求不大于1Ω。
测量建筑物内部继保室LEB、VG室、GIS室、配电室（高压配电室、低压配电室等）与升压站大地网接地引出端子的连通情况。
检测继保室各机柜、设备、静电地板支架、金属门窗、屏蔽幕墙、线槽、走线架等与机房LEB的连接情况。
检查设置在变配电室低压柜中的第一级SPD，设置在各二级配电箱（如楼层配电箱、继保室配电箱等）的第一级SPD以及作为第三级精细化保护的SPD性能参数标识、运行状况、安装工艺等，并测量其压敏电压、漏电流等数据。
5 小结
以上为通过对风力发电厂实际检测过程中所使用的方法和要点。雷电作为对风电场威胁最大的自然灾害之一，我们不容忽视，应加强和完善对风力发电厂的雷电防护，检测人员在检测过程必须按照规范要求认真负责、严谨细致的检测。
参考文献：
1.《建筑物防雷装置检测技术规范》（GB/T 21431-2015）
2.《风力发电机组防雷装置检测技术规范》（GB/T36490-2018）
3.《接地装置特性参数测量导则》DL/T 475-2006