上海旺湖电气有限公司风力发电fd77防雷方案.docVIP

风力发电机 防雷系统设计方案 编制： 王喜贵 审核： 批准： 上海旺湖电气有限公司 风电机组整体防雷保护方案 一、概述 　　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，风机的高度和安装位置决定了它是雷击的首选通道，而且风机内部集中了大量敏感的电气、电子设备，一次雷击带来的损坏将是非常大的。因此，必须为风机内的电气、电子设备安装完整的防雷保护系统。通过安装防雷保护装置，设备得到了保护，维护和维修费用降低，并且可以提高设备正常工作的时间。从效率方面考虑，应该从风电机组的设计阶段就考虑其防雷保护的问题，这样就可以避免日后的昂贵的维修费用和改造工程。只有可靠工作的设备才能让投资尽快收回。也只有如此，才能让更多的潜在投资者接受这一系统。 　　DEHN+SOHNE是防雷行业的领导者，提供与风机相适应的雷电和电涌保护系统。为风机保护推出的专用型号体现了我们对风电技术的深刻理解。 二、设计依据标准 1、Germanischer Lioyd;Vorschriften und Richtlinien,Kapitel IV:Nichtmaritime Technik,Abschnitt 1:Richtlinie fur die Zertifizierung von Windeenergieanlagen 《GL指导文件 IV-1风力发电系统》 2、IEC61400-24 Wind turbine generator systems-Part 24:Lightning protection 《IEC61400-24 风力发电系统防雷保护》 3、IEC62305 Protection against lightning 《IEC62305 雷电防护》 ? 《GL指导文件》是风机安装、测试和认证的标准，该标准也包含了对风机雷电防护的具体要求，是风机防雷保护的基础性文件。 《IEC61400-24》定义和描述了风机防雷保护装置及其应用。 《IEC62305》具体规定了防雷保护装置的性能指标。 德国保险业协会（GDV）的指导文件《VdS 2010雷击浪涌防护》规定风电机组的防雷保护级别至少应为第二级，也就是说，风电机组应能够防护150KA以上的雷电而不损坏。 关于雷击风险评估的方法参见《IEC62305-2》。 三、风电机组综合防雷保护系统 1、雷电对风电机组的危害 　　雷电对风电机组的危害风力发电机通常位于开阔的区域，而且很高，所以整个风机是暴露在直接雷击的威胁之下，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。兆瓦级风力发电机的叶片高度达到150m以上，因此风机的叶片部分特别容易被雷电击中。风机内部集成了大量的电气、电子设备，可以说，我们平常用到的几乎每一种电子元件和电气设备，都可以在一台风电机组中找到其应用，例如开关柜、马达、驱动装置、变频器、传感器、执行机构，以及相应的总线系统等。这些设备都集中在一个很小的区域内。毫无疑问，电涌可以给风电机组带来相当严重的损坏。 　　以下的风力发电机数据由欧洲几个国家提供,其中包含了超过4000 台风力发电机的数据。表1是德国、丹麦和瑞典三国这些事故的汇总表。由雷击导致的风力发电机损坏数量，每100台平均每年3.9次到8次。从统计数据上显示，在北欧的风力发电机组中，每100台每年有4-8台遭受雷击而损坏。 表1? 雷击损坏频率表 国家 日期 风力发电机数量 容量（MW） 涡轮/年度 雷击事故 每100台/年损坏量 德国 1991-1998 1498 352 9204 738 8 丹麦 1990-1998 2839 698 22000 851 3.9 瑞典 1992-1998 428 178 1487 86 5.8 　　具体分析风力发电机的各种不同部件遭雷击损坏的情况，可为防雷保护提供基础数据。图2中显示了风机中几种不同部件遭雷击损坏的关系，数据来源于德国。值得注意的是：虽然损害部件是不相同的， 但是控制系统部件雷击损坏占40-50%。 图2 遭雷击损坏部件分布（德国） 　　随着防雷装置在风力发电机中的大量应用，新生产的风力发电机和旧的风力发电机遭雷击损害的模式有了很大的不同（见图3）。旧的风力发电机最常见的损害是控制系统，而较新生产的风力发电机最常见的损害的是风叶。这表明近年来由于安装防雷装置，控制系统的防雷保护已取得明显的改善。 图3 新旧机型遭雷击损坏部件分布对比图