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2024-04-24 07:59:01 441次浏览

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风电机组都设置在风力强大、雷电多发的海岸、丘陵、山脊等地区的制高点，并远离其它高大物体，因此更易遭受雷击。

风电机组由于其自身的特殊性，也出现了其它建筑物不曾有的防雷难点：

——风电机组是高度超过120m 的高大构筑物;

——风电机组的许多暴露部件，如叶片和机舱盖往往由不能承受直击雷或传导直击雷电流的复合材料制成;

——叶片和机舱是旋转的(不利导流);

——风电场中的风电机组往往位于接地条件不好的区域。

综合防雷措施

从分析风电机组遭受雷击事故呈现出来的现象来看，原因多种多样：

1 我国地域辽阔，各风电场所处的地理位置不同，风电机组所处的雷电环境也千差万别。即使是在同一个风电场，安装在不同位置的风电机组遭受雷击的概率也不相同。

2 在实际的设计施工中，往往是同一个防雷设计方案应用到不同雷电环境下的风电机组上。

3 由于没有根据风电机组的实际情况选择合适的SPD，没有达到预期的电涌防护效果。

因此风电机组的雷电防护必须结合风电机组的特点、

风电场的实际情况进行的考虑，按照防直击雷、防雷电电磁脉冲的方法设计一个综合的防雷系统工程，风电机组综合防雷系统包括如图1 所示的六个方面。

 2.控制系统的防雷设计

  对于处于野外高雷击风险环境的雷电电磁脉冲防护应重点考虑采用等电位、屏蔽及在控制线路上安装SPD。

  2.1机舱内的等电位系统设计

  风电控制机舱内主要有变浆控制柜、制动控制柜、机械箱（齿轮箱）、液压控制柜、发电机及传动系统，由于各系统之间的链接主要是靠地板的链接，各金属外壳间存在一定的接触电阻，所以应重点做好设备之间的等电位链接，可在用紫铜带或者铜编织带进行可靠的等电位链接。

  2.2屏蔽措施

  屏蔽措施主要针对目前国内一些风机外科采用高强度玻璃钢材料而言，由于雷电电磁脉冲的冲击是在空间范围内存在的，所以，为了减少机舱内电子设备受雷电电磁脉冲的冲击，应采用金属的机舱罩，削弱雷电电磁脉冲对机舱内设备的影响，减小雷电电磁脉冲的强度，同时也可有效的减少雷电电磁脉冲在线路上产生的浪涌脉冲。

  2.3在不同位置安装相应的SPD

  根据国外风场的统计数据表明，风电场因雷击而损坏的主要风电机部件是控制系统和通讯系统。雷击事故中的40％～50％涉及到风电机控制系统的损坏，15％～25％涉及到通讯系统，15％～20％涉及到风机叶片，5％涉及到发电机。由此可见，雷电对风机系统遭成的影响是不同的，进行具有针对性的防护是避免和减少事故的重要手段。按照IEC61312-3、61024和61400及GB50057-1994中关于雷电流分配的推荐计算可计算出风机内部不同系统存在的雷击电流强度。

  其中：Is为流入单一系统的雷电流；

  Imax为预计雷击电流，其中入地50%，整个系统分配50%，所以本计算中直接按照50%进行计算；

  N为电控系统数量，本计算采用系数2，即电源系统（三项4线制，N线部分留，非屏蔽屏蔽）、信号通讯控制系统（3线系统+网线，屏蔽）。（各系统分量）通过计算得出，分配在电源线上的雷电电磁脉冲电流为16.6KA，分配到信息系统上的雷电电磁脉冲电流为3.08KA，据此，结合风机的工作特点进行避雷器的选型设计：

叶片系统的防直击雷措施

  作为风力发电机组中位置zui高的部件，叶片是雷电袭击的首要目标，同时叶片又是风力发电机组中zui昂贵的部件，因此叶片的防雷击保护至关重要。研究结果表明叶片的完全绝缘不能降低被雷击的风险而只能增加受损伤的程度，而在很多情况下雷击的位置在叶尖的背面。国内某风电企业为风力发电机组的叶片研制开发了专门的防雷系统，由雷电接闪器和雷电传导部分组成。雷电接闪器是一个特殊设计的不锈钢螺杆，装置在叶片尖部，即叶片zui可能被袭击的部位，接闪器可以经受多次雷电的袭击，损坏后也可以方便地更换。

  在叶片内部，雷电传导部分将雷电从接闪器导入叶片根部的金属法兰，通过轮毂传至机舱。在轮毂的法兰处装有间隙放电组成的保护将雷电流迅速传至机舱底座，释放雷击过电压。

随着电子设备的广泛使用，雷电电磁脉冲的危害也相对严重起来。1992年6月22日国家气象局中心大楼发生雷击事故，北京－东京的同步线路的调制解调器被击坏，致使线路中断46小时，另一主机的一块异步板被击坏，导致8条线路中断，影响了国际通讯。其他地点因雷电电磁脉冲干扰而导致电子设备损坏的例子还有不少。这类例子说明，只设计外部防雷装置而不配之内部防雷手段，接闪器再好，也无法获得好的防雷效果。

防雷工程是一种系统工程。笔者早在1960年作工程总结及写作《建筑物防雷设计》一书时就提出了建筑物防雷设计的六项重要因素，目的是提醒人们要整体地、地考虑建筑物防雷设计。这六项要素是：

（1）接闪功能：指实现接闪功能所应具备的条件，包括接闪器的形式（避雷针、避雷带和避雷网）、耐流耐压能力、连续接闪效果、造价以及接闪器与建筑物的美学统一性等。

（2）分流影响：指引下线对分流效果的影响。引下线的粗细和数量直接影响分流效果，引下线多，每根引下线通过的雷电流就小，其感应范围就小。引下线相互之间的距离不应小于砖混结构064中的规定。当建筑物很高，引下线很长时，应在建筑物的中间部位增加均压环，以减小引下线的电感电压降。这不仅可以分流，而且还可以降低反击电压。

（3）均衡电位：指使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位，即等电位。若建筑物内的结构钢筋与各种金属设置及金属管线都能连接成统一的导电体，建筑物内当然就不会产生不同的电位，这样就可保证建筑物内不会产生反击和危及人身的接触电压或跨步电压，对防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备也有很大的好处。钢筋混凝土结构的建筑物备实现等电位的条件，因为其内部结构钢筋的大部分都是自然而然地焊接或绑扎在一起的。为满足防雷装置的要求，应有目的地把接闪装置与梁、板、柱和基础可靠地焊接、绑扎或搭接在一起，同时再把各种金属设备和金属管线与之焊接或卡接在一起，这就使整个建筑物成为良好的等电位体。

（4）屏蔽作用：屏蔽的主要目的是使建筑物内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。建筑物内的这些设施，不仅在防雷装置接闪时会受到电磁干扰，而且由于它们本身灵敏性高且耐压水平低，有时附近打雷或接闪时，也会受到雷电波的电磁辐射的影响，甚至在其他建筑物接闪时，还会受到从该处传来的电磁波的影响。因此，我们应尽量利用钢筋混凝土结构内的钢筋，即建筑物内地板、顶板、墙面、及梁、柱内的钢筋，使其构成一个六面体的网笼，即笼式避雷网，从而实现屏蔽。由于结构构造的不同，墙内和楼板内的钢筋有疏有密，钢筋密度不够时，设计人应按各种设备的不同需要增加网格的密度。良好的屏蔽不仅使等电位和分流这两个问题迎刃而解，而且对防御雷电电磁脉冲也是有效的措施。此外，建筑物的整体屏蔽还能防球雷、侧击和绕击雷的袭击。

（5）接地效果：指接地效果的好坏。良好的接地效果也是防雷成功的重要保证之一。每个建筑物都要考虑哪种接地方式的效果和经济。笔者认为，当钢筋混凝土结构的建筑物符合规范条件时，应利用基础内的钢筋作为接地装置。当达不到规范中规定的条件或基础包在防水卷材层内时，可做周圈式接地装置，但应将周圈式接地装置预先埋在基础槽的外边（不必离开建筑物3m以外）。接地体靠近基础内的钢筋有利于均衡电位，同时还可节省为挖深沟所花费的人力和物力。在基础完工后再挖深沟则易影响基础的稳定性。