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风力发电综合防雷解决方案

发表日期:09月20 2018 文章编辑:原创 浏览次数:2739次

一、概述

风力发电是目前国内技术最成熟、开发规模最大的可再生清洁能源。风力发电组的单机容量越来越大,风机的高度、安装位置及内部敏感的电子设备决定了风电机组特备容易遭受雷击。根据调查显示,风电机组遭受雷击损害的达到4%以上,其40-50%以上的损害是风电机组的控制系统和风叶,从损害、报修、维修到最终重新投入使用会有很长一段时间,这会影响风力发电的效率。

钧和电子风力发电机防雷

二、风力发电机组防雷原理

风力发电机组通常位于较高的、开阔的区域,致使风力发电机组的涡轮发电机通常暴露在外面,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。机身每个部件(开关柜、马达、驱动装置、变频器、塔身、接闪器等)是雷电放电的良好的附着点,被雷电击中,风力发电机组就成为雷电泄放的通道。从附着点到大地,雷电流将流过任何阻抗最低的路径泄放入地。因此,风力发电机组的防雷即是为雷电流提供一个低阻抗入地的路径,从而让雷电流避开风电机组的敏感部位,保证其正常安全运行。

根据相关行业规范,全面的防雷系统应包括雷击接闪器、引下线、接地系统及每个系统的浪涌保护器。注意事项:

1.要建立一个低阻抗的直击雷防护系统;

2.要将各个防雷系统的部位做等电位连接;

3.为了避免巨大的感应电压,要注意各引下线之间的配线;

4.风力发电机组及控制系统的元器件非常敏感,容易遭受雷击,需要做全面的浪涌保护系统。

风力风机.jpg

三、设计依据

     《IEC62305 雷电防护》

    《GL指导文件 IV-1 风力发电系统》风力发电防雷设计方案

    《IEC61400-24 风力发电系统防雷保护》

    《GL 指导文件》

    《IEC61400-24》

四、风力发电系统防雷方案

(一)接闪器

雷电在风电机组上的落雷点一般在桨叶上,因此接闪器要安装在桨叶上可能落雷的地方。桨叶上的接闪器采用金属连接到中间位置,金属连接带可采用 30×3.5mm 镀锌扁钢。为了避免雷电在通过轴承时引起的焊接效应,应应将其两端通过碳刷或者放电间隙桥接起来。机舱顶部安装避雷针,防止遭受直击雷损坏。

(二)引下线

金属塔可将塔身作为引下线,节约施工成本。混凝土塔的话,可以内置引下线,采用镀锌圆钢 φ8~10mm,或者镀锌扁钢 30×3.5mm。

(三)接地系统

风力发电机组的接地网系统可利用塔基,与周围的操作室基础接地系统相连,形成网状接地体,做等电位连接,交出不同点的电位差。具体方法采用40×4mm扁钢沿塔基外围敷设环形水平接地体, 同时打入 φ25 的圆钢作为垂直接地体, 垂直接地体敷设的间距为接地体长度的2倍,并将垂直接地体于水平接地体相连共同组成接地网。塔身周边每隔 120米与接地网连接,同时与塔基混凝土内钢筋连接。如接地电阻达不到要求,可采用外引接地,使用降阻剂和深井接地加以改善。

(四)等电位连接

防雷击等电位连接是内部防雷保护系统的重要组成部分,可以有效抑制雷电引起的电位差,要求所有导电的部件都被相互连接,以减小电位差。等电位连接网络还包括金属管线和电源、信号线路的等电位连接,这些线路通过雷电流保护器与主接地汇流排相连。

(五)屏蔽措施

屏蔽措施可以减少雷电电磁干扰。由于风力发电机结构的特殊性,机舱应该制成一个封闭的金属壳体,相关的电气器件都装在开关柜和控制柜内,柜体应具备良好的屏蔽效果。所有线缆应带有外部金属屏蔽层。金属屏蔽层应与等电位系统相连接。

(六)浪涌保护系统

为了对防雷保护边界处传导性干扰,应采取相应的保护措施。在防雷保护区LPZ0 A区→1 区的边界采用10/350μ s 脉冲波形一级电源浪涌保护器(KSP-25KA/350/4P/M),可以限制接地的金属设施和电源、 信号线路之间由雷电引起的高电位差, 将其限制在安全的范围之内。

在防雷保护区的后续防雷区,有能量较小的脉冲电流,采用8/20μ s 脉冲电流波形二级电源浪涌保护器(KSP-80KA/4P/M)。

在机组控制系统采用信号浪涌保护器,具体根据控制系统的参数做选型应该保护的系统主要有发电机、机舱开关柜、轮毂变桨系统、塔基变频柜、塔基控制柜、远端监控系统、变压器端等7各系统,均采用电源和信号浪涌保护器,主要型号有:KSP-25KA/4P/M、KSP-80KA/4P/M、KS-K-24V/4S/M、KS-2E/24(220)/M。

 

 

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