風電系統過電壓保護與防雷接地及其設計

朱　杰（鎮江江大建筑工程設計有限公司,江蘇 鎮江212013）

風電系統過電壓保護與防雷接地及其設計

朱杰
（鎮江江大建筑工程設計有限公司,江蘇 鎮江212013）

目前我國對于風電系統過電壓保護與防雷接的設計無論是國家，還是整個行業仍舊沒有設定一個標準。為了保證風電行業能夠實現快速的健康發展，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。根據風電工程的實際情況，分析方案實現的可能性，以及是否能滿足實際需求。對于風力發電這個新能源行業來說，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容中，不可不提的是二者之間的鮮明特點。

風電系統；實際情況；防雷設計；電壓保護

0　前言

當今社會所提倡的環保能源中風力發電是首屈一指事物，它有可再生、無污染的特點。所以，對風力資源的開發利用是當代社會最明智的選擇，既可以節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，風力發電從無到有，如今更是在優惠的政策下進行大規模開發。它的前進和社會及國家的鼓勵政策是分不開的。這個新興的行業中，涉及到很多問題，例如風電機組、風電場升壓站以及場內輸電線路3個方面。目前我國國內現有的風電機組多數是進口機組或是引進國外先進生產技術的機組，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，規范國內行業的發展方向。

1　過電壓保護及防雷接地的內容

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。風力發電機組包括很多細小的內部結構，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、兩側及尾部都要安裝不同的避雷針，不僅如此內部的裝置更為復雜。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內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。風力發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電最好的選擇。風電機會利用自身具有的防雷裝置的優勢，把流入引進大地。同時，由于風電機布置為了更好地發電，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，還可在低壓側安裝電涌保護器以此保護風電機組內部不受雷電干擾。

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生，可能造成重擊穿將會產生幅值超過2.Op.u.、頻率為數百千赫至兆赫的高頻振蕩過電壓。為減少這種事件發生概率，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勢，開始斷小電流的時候，電弧會在過零前熄滅，電流被貿然切斷，會導致滯留于電機等電感繞組中的能量會產生向繞組的雜散電容充電的現象，促使其轉變為真正的電場能量。還有，由于與弧隙多次發生重燃現象，電機電容多次被電源充電所產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，另一側則是振蕩電源，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擊穿的現象，斷路器一旦恢復電壓就會立即升高。如果觸頭開距不過小，第二次重燃現象就會發生，甚至是多次反復重燃的現象，多次充放電會致使振蕩的發生，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

通過風力發電系統我們了解到，過電壓保護大致可以分為三個部分，他們分別是風電機組、升壓站以和場內輸電線路過電壓保護及防雷接地。其中，后兩個部分已經有了可供參考的國家標準，在行業中也形成了要求。風電機的接一定要充分的利用自然接地優勢，采取適當的方式同時也結合其他方式，確保其效范圍內的安全。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，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，還要加強其低壓側的安全裝置。

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[4]劉繼．風力發電裝置的雷電防護與電磁兼容問題It]∥第三屆中國防雷論壇論文摘編．深圳：中國防雷信息網，2004．

[5]錢啟良，趙永炬，符成院．試分析海南東方風力發電廠600kW風電機組防雷過電壓保護系統[J].風力發電,2004(01)：69．