風電系統(tǒng)過電壓保護與防雷接地及其設計

朱　杰（鎮(zhèn)江江大建筑工程設計有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江212013）

風電系統(tǒng)過電壓保護與防雷接地及其設計

朱杰
（鎮(zhèn)江江大建筑工程設計有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江212013）

目前我國對于風電系統(tǒng)過電壓保護與防雷接的設計無論是國家，還是整個行業(yè)仍舊沒有設定一個標準。為了保證風電行業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)快速的健康發(fā)展，就要對其理論結合實際情況進行分析。這樣的做法主要是各種情況下都要考慮到對設備的保護等。根據(jù)風電工程的實際情況，分析方案實現(xiàn)的可能性，以及是否能滿足實際需求。對于風力發(fā)電這個新能源行業(yè)來說，會涉及到很多關于電力的問題。其中，風電機組主要包括的內(nèi)容中，不可不提的是二者之間的鮮明特點。

風電系統(tǒng)；實際情況；防雷設計；電壓保護

0　前言

當今社會所提倡的環(huán)保能源中風力發(fā)電是首屈一指事物，它有可再生、無污染的特點。所以，對風力資源的開發(fā)利用是當代社會最明智的選擇，既可以節(jié)約資源減輕資源消耗，又可以加強人們對新資源的探索。隨著科技的進步，風力發(fā)電從無到有，如今更是在優(yōu)惠的政策下進行大規(guī)模開發(fā)。它的前進和社會及國家的鼓勵政策是分不開的。這個新興的行業(yè)中，涉及到很多問題，例如風電機組、風電場升壓站以及場內(nèi)輸電線路3個方面。目前我國國內(nèi)現(xiàn)有的風電機組多數(shù)是進口機組或是引進國外先進生產(chǎn)技術的機組，但是由于各國都有不同標準，導致目前為止，我國并沒有關于風電機組防雷和過電壓保護等具體明確的標準。這是眼下我國亟待解決的問題，盡快確立關于風電機組防雷和過電壓保護的準則，規(guī)范國內(nèi)行業(yè)的發(fā)展方向。

1　過電壓保護及防雷接地的內(nèi)容

風電機組過電壓保護及防雷接地設計主要考慮到四個方面，分別是直擊雷保護、感應雷保護、基礎接地系統(tǒng)設計和機組配套升壓設備保護。

首先，直擊雷保護方面的風電機塔筒一般會很高，非常容易被雷擊損壞，因此與這種情況就要及時采取防范措施。風力發(fā)電機組包括很多細小的內(nèi)部結構，這就要求在設計防雷保護時要做到分開并全面的考慮。如在風電機的上方、兩側(cè)及尾部都要安裝不同的避雷針，不僅如此內(nèi)部的裝置更為復雜。有了如此完整的防護措施在受到直擊雷襲擊是，才能保證各部雷電順利地以最近的路徑沿塔柱引入接地裝置，并流向大地。

其次，是感應雷保護。感應雷的保護是指系統(tǒng)內(nèi)部易受感應破壞的設備加強過電壓保護對其進行保護的裝置，在其受到電力襲擊是，該保護裝置要快速的運行釋放電力襲擊帶來的能量，達到保護設備不被損壞的目的。其中無論是電源防雷還是信號防雷都是其中不可或缺的部分。

再次，接地系統(tǒng)。風力發(fā)電機由于長期暴露在外部或高出很容易受到雷電襲擊，因此，做好接地措施是風力發(fā)電最好的選擇。風電機會利用自身具有的防雷裝置的優(yōu)勢，把流入引進大地。同時，由于風電機布置為了更好地發(fā)電，其位置多在人煙稀少的高山上、海島上以及海灘邊。因此根據(jù)他們所在的不同地理位置及其差異，給防雷的保護不同的要求。即使同在高山上，其所處的位置仍會有地質(zhì)等方面的差異，如不同的土壤電阻率不同，電阻率越高其有效范圍就會越大。這就要求要對每臺風電機單獨的設計防雷措施。

最后，是機組配套的升壓設備保護，一般情況下風力發(fā)電機的出口電壓為690V，需要通過箱式變壓器將電壓升高到一定標準后送入升壓站，而在風電機附近一般布置著箱式變壓器，因此直擊雷問題可不用進行考慮。但是一旦配套升壓變高壓，就要采取在變壓器高壓側(cè)安裝專門的避雷器來防止雷電侵入波而導致的不良影響，同時，還可在低壓側(cè)安裝電涌保護器以此保護風電機組內(nèi)部不受雷電干擾。

2　過電壓保護及防雷接地的實際操作

在風電場升壓站的設計中，還有兩類不可忽視的操作過電壓的問題，他們分別是隔離開關操作和中壓真空斷路器操作。

首先，隔離開關操作中，空載母線如果在操作過程中發(fā)生，可能造成重擊穿將會產(chǎn)生幅值超過2.Op.u.、頻率為數(shù)百千赫至兆赫的高頻振蕩過電壓。為減少這種事件發(fā)生概率，宜采取這些要求:1、采用金屬氧化物避雷器，以此達到加強保護的目的，減少隔離開關操作時所產(chǎn)生的不利影響。2、隔離開關操作中，氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)升壓站的空載母線時，要對采用的操作方式多次確認，避免可能引起的危險操作。

其次，真空斷路器。真空斷路器的操作往往是過電壓產(chǎn)生的可能。例如，截流過電壓,真空斷路器憑借良好的滅弧性能優(yōu)勢，開始斷小電流的時候，電弧會在過零前熄滅，電流被貿(mào)然切斷，會導致滯留于電機等電感繞組中的能量會產(chǎn)生向繞組的雜散電容充電的現(xiàn)象，促使其轉(zhuǎn)變?yōu)檎嬲碾妶瞿芰俊＿€有，由于與弧隙多次發(fā)生重燃現(xiàn)象，電機電容多次被電源充電所產(chǎn)生的過電壓的多次重燃。真空斷路器在準備切斷電流的時，工頻電源存在于觸頭的一側(cè)，另一側(cè)則是振蕩電源，起到的是為LC回路充放電的作用。一旦觸頭間開距達不到想要的大小，就有可能導致電壓在疊加后會致使弧隙間出現(xiàn)擊穿的現(xiàn)象，斷路器一旦恢復電壓就會立即升高。如果觸頭開距不過小，第二次重燃現(xiàn)象就會發(fā)生，甚至是多次反復重燃的現(xiàn)象，多次充放電會致使振蕩的發(fā)生，恢復電壓會隨之逐級升高，負載端的電壓也伴隨著升高，經(jīng)過多次的重燃最終會造成電氣設備的損壞。

3　結 語

通過風力發(fā)電系統(tǒng)我們了解到，過電壓保護大致可以分為三個部分，他們分別是風電機組、升壓站以和場內(nèi)輸電線路過電壓保護及防雷接地。其中，后兩個部分已經(jīng)有了可供參考的國家標準，在行業(yè)中也形成了要求。風電機的接一定要充分的利用自然接地優(yōu)勢，采取適當?shù)姆绞酵瑫r也結合其他方式，確保其效范圍內(nèi)的安全。例如，采用的降阻劑、深井及斜井等方法，來降低接地電阻的危害。同時，為有效地防止雷電入侵高壓側(cè)，安裝氧化鋅避雷器的安裝就顯得必不可少。同時，為了確保安全，還要加強其低壓側(cè)的安全裝置。

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