风力发电系统防雷解决方案.docVIP

风力发电系统防雷解决方案 ? 风力发电系统防雷解决方案? ? ? ? 人类对可再生能源的索取一直都是有增无减的。获取的途径主要有：风力发电、太阳能/光伏发电，以及利用沼气或地热发电。而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。由于风力发电机组是在自然环境下工作，不可避免的会受到自然灾害的影响。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，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。雷电释放的巨大能量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。一、雷击率? ? ? ? 雷击的风险与设备高度的平方成正比，而兆瓦级以上的风力涡轮加上风叶高度可达150米，因而特别危险。在年均10雷电日的地区，建筑物高度h与一般雷击率n的关系见表1。 ? 二、风力发电机所处的环境和雷击的危害性? ? ? ? 风力发电的特点是：风机分散安置在旷野，大型风机叶片高度（轮毂高度加风轮半径）达60～70m，易受雷击；风力发电机组的电气绝缘低。因此，就防雷来说，其环境远比常规发电机组的环境恶劣。? ? ? ? 风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资的60％以上。若其遭受雷击（特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击），除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。丹麦LM公司估计，世界每年有1％～2％的转轮叶片受到雷击袭击，叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖，是容易被修补的，但少数情况则要更换整个叶片。雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故。所以，雷击是威胁风机安全经济运行的严重问题。? ? ? ? 以下是风机遭雷击的数据，见表2。 ? ? ? ? ? 德国和丹麦风机受雷击损坏部位数据见表3。 ? ? ? ? ? 因风机受雷击损坏不同部位造成损失的天数见表4。 ? ? ? ? ? 因风机受雷击损坏不同部位所影响的发电量（丹麦）见表5。 ? ? ? ? ? 用在修复受雷击损坏的风机上的费用（德国）见表6。 ? ? ? ? 通过上述统计资料分析，可以认为：? ? ? ? a)德国、丹麦统计数据说明风机遭雷击概率高，估计我国多雷区会更严重；? ? ? ? b)安装在高山上的风机，比在低地和海边更容易受雷击；? ? ? ? c)控制系统损坏率最高，是雷电薄弱环节，电气系统和发电机损坏概率也不低，说明雷电造成的过电压必须引起重视；? ? ? ? d)叶片损坏造成的电量损失最多，修理费用最大；? ? ? ? e)德国纪律雷击停机后有大约10.5%可再次顺利启动，很值得进一步研究。三、标准化保护措施? ? ? ? 德国Lloyd准则是雷电保护概念设计的基础。德国保险协会GDV在其出版物Vds2010《风险导向的雷电和电涌保护》中建议，风力发电设备应实施二级以上的防雷保护，以满足保护这些设施的最低要求。在这一科技文献中，更主要关注的是如何实施防雷保护措施，尤其是对风电设备中的电气和电子仪器，如何采取保护措施，防止电涌干扰。? ? ? ? 对转子的浆叶和旋转部件实施保护是十分复杂的，需要分别针对不通的生产商及其特定的产品类型，进行详细的考察。? ? ? ? 通过在冲击电流实验室进行的这些试验，可验证所选保护措施的有效性，并有助于优化“整体保护方案”。 ? ? ? ? 图1 ? 德和盛（DEHN+SOHNE）的冲击电流实验室－最大的雷电冲击电流是200kA，波形为10/350us。 ? ? ? ? 德和盛公司可以充分利用它的先进的雷电流冲击实验室，针对每个客户的特殊需求，寻求最佳的解决方案。它能够提供以下工程和测试服务：? ? ? ? ■为保护电气装置，为客户测试特定的预接线单元；? ? ? ? ■测试轴承的雷电流承载能力；? ? ? ? ■对引下线和转子桨叶上的传感器进行相关的雷电流测试。四、防雷分区概念? ? ? ? 防雷分区概念是在某一界定范围内，为了创造一个特定的抗电磁干扰的环境（抗EMC环境）所采取的结构性措施，特定的抗EMC环境，是通过所使用电气设备的抗电磁干扰的能力来衡量的。 ? ? ? ? 图2 ? 风电设备防雷分区 ? ? ? ? 防雷分区概念做为一个保护措施，它限定了其所定义的边界上的传导及电磁干扰，并力求降至最低。处于这个目的，我们将被保护的物体划分在不通的保护分区内。在划分风电设备的防雷分区时，应充分考虑其结构上的特征。重要的是，要将从外部进入雷电保护区LPZ0A区的、起直接作用的雷电参数，通过屏蔽措施以及配置相应的浪涌保护装置，尽可能