山區風力發電機組防雷技術探討

張金良，魏錫鵬

內蒙古華電玫瑰營風力發電有限公司

前言：

對于地球日益污染的環境來說，可再生資源能夠充分利用越來越受到社會各界的關注。而風能作為可再生的、潔凈的能源則都成為各國非常青睞的對象。近些年來，風力發電機組所帶來的風能經濟效益不斷推進著人們提高對風力發電的開發和利用。從我國的風力發電來看，其風力發電機組的裝機容量已經達到世界第一位。如何在短時間內解決風力發電機組在山區避免雷擊，減少雷電對山區風力發電機組的攻擊就成為電力行業共同的話題。

1.雷電對山區風力發電機組的主要攻擊對象

雷電無論是對哪些機電設備造成攻擊，所造成的損失都是無可估量的。而山區風力發電機組作為（處于）一個更為敏感的地帶就更需要嚴格做好防雷設計。山區風力發電機組中哪些是造成雷電的主要攻擊對象呢？對于此問題應首先明確雷電現象的主要原理：

首先，雷電攻擊容易損壞電子部件，這是在雷雨天氣，大氣層和大地之間存在放電現象，其釋放出的電流可達幾萬伏，具有高能量的破壞力。而在高山中，發電機組安裝在地勢較高的區域，受到雷電直擊的概率明顯增加，尤其是在風力發電機組葉片，是遭到雷電攻擊的主要對象，雷電一旦擊中此部位，強大的電流就由外進入防雷裝置的接閃器內，通過引下線接地走遍風電機組的全身，外部的金屬導體也會和內部的電流產生連接，構成雷擊電磁脈沖，此時的微電子設備是十分脆弱的，從電源線接口的控制接口形成渠道電源，從而將整個風電機組損壞。

2.山區風力發電機組防雷技術

2.1 風力發電組中的機艙防雷

山區風力發電機組內部的主要防雷在于機艙內部的防雷。在機艙內部的尾部安裝避雷針，將機架固定到機艙上能夠起到很好的防雷效果。在風力發電機組中的葉片也是雷電攻擊的主要對象，對于防雷中設備的損壞大多都是通過雷擊葉片造成的，因此在機艙的首尾都要安裝避雷針，目前大部分的機艙都是由金屬制成的。因此，根據金屬的特點應將機艙的低速軸承和發電機的幾座相連接，只有這樣才能夠產生很好的防雷效果。由于山區地勢較高，在雷雨天氣機艙外部環境復雜惡劣，這遭受雷擊的概率就大大增加。因此對于機艙外部的傳感器應做好防雷設計，對于傳感器內部的高度來說應按不同程度安裝避雷針，并分別用銅芯電纜和機艙內的電位母線相連接。對于電子系統防雷設計來說，風力發電機是由系統發電機的配電及變壓電系統組成，其中，配電變壓器主要在風力發電機組中起到供電作用，做好變壓器的防雷設計不僅能夠有效的防止變壓器的損壞，還能夠防止電流通過變壓器傳到發電機組內，這樣的防護措施可通過在普通閥型兩側的避雷器安裝氧化避雷器，通過發電機的防雷設計將變電壓電阻構成抑制差模電壓，這樣一個保護電路就能夠暫時性的起到一次性抑制電壓的作用，從而實現自然環境下設置多級保護電路。

2.2 接地保護

為了保證發電機組在雷擊過程中的安全性，接地保護是必備條件。風力發電機一般分布在土地面積很大的地區，而土地的電阻率通常比較高，因此在進行防雷設計時接地部分不能按照一般的電氣設備的接地方式，風力發電機組在建造前會事先在附近布置若干小型的接地網，單個的接地網并不能滿足接地電阻的要求"，解決的方法就是將所有的接地網連接在一起"，以此來達到降低風電場的接地電阻的效果，還可以在接地網之間鋪設金屬導體，目的是在風力發電機組遭受雷擊時降低風電場的地電位，從而較大地降低雷擊對變壓器等的危害程度，葉片防雷設計雷電釋放巨大的能量會使葉片溫度急劇升高，從而分解氣體高溫膨脹壓力瞬間上升造成爆裂破壞。

2.3 風電機組中光纜的保護措施

在實際作業中，我們可以根據光線不導電的這一特點，將鋼絲與金屬護套增加在光纜之中。通常情況下在設置連續盒對光纜進行接續時，多將注意力放在光線熔接之上，而將兩端光纜的鋼絲固定在接續盒的兩端支架會上，以此形成一個天然的間隙，而這種設計方法一旦發生很高的雷電電壓知識，光纜中的鋼絲以及金屬護套勢必會向另一側的鋼絲與金屬護套放電，而在放電的過程中勢必會產生巨大的火花，造成接續盒內光纖的斷裂。所以，為了進一步解決這一問題，在實際施工作業中，就應該將光纖盒內的光纖鋼絲以及金屬護套用導線進行連接，并且與吊掛光纜的鋼紋也一并連接上，從而做到規避雷電損害的最終目的。

結束語：

綜上所述，從近些年來世界各地所發生的山區風力發電機組因雷擊而造成的事故看，風力發電機組內機組燃燒和電控系統的崩潰現象出現十分常見，而從發電機組受到雷擊的破壞性來看，對于風力發電機組的維修和更換費用十分昂貴，因此，在山區架設風力發電機組時應嚴格注重對發電機組的防雷保護，這也應作為防雷技術中一項較強的綜合性基礎工程，也只有這樣，才能保證在山區的風力發電組能夠穩定的工作，保證工業和居民生活的正常用電，減少經濟損失。

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