淺談風(fēng)電機(jī)組的防雷檢測

王建波江濤侯卓王耀悉吳運(yùn)策

（1.湖南省氣象技術(shù)裝備中心 2.湖南省防雷中心 湖南長沙 410000）

淺談風(fēng)電機(jī)組的防雷檢測

王建波1江濤1侯卓2王耀悉2吳運(yùn)策2

（1.湖南省氣象技術(shù)裝備中心 2.湖南省防雷中心 湖南長沙 410000）

風(fēng)電機(jī)組由于其安裝環(huán)境及其本身結(jié)構(gòu)、運(yùn)行的特殊性，使得風(fēng)電行業(yè)往往成為受雷災(zāi)影響最為嚴(yán)重的行業(yè)之一。因此風(fēng)電機(jī)組的防雷安全檢測的具有一定的特殊性，本文從風(fēng)電機(jī)組構(gòu)成特點(diǎn)入手，對風(fēng)電機(jī)組的防雷檢測提出了具體的檢測要求與思考，使防雷工作者對風(fēng)電機(jī)組的防雷安全檢測更有針對性和可操作性。

風(fēng)電機(jī)組；等電位連接；接地裝置；電涌保護(hù)器；傳感器

引言

近年來，隨著我國風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)電進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作為風(fēng)電場的主要設(shè)備，其是否能夠安全運(yùn)行關(guān)系到整個風(fēng)電市場的健康發(fā)展。一直以來，風(fēng)電機(jī)組的防雷檢測問題都是一個引起風(fēng)電業(yè)研發(fā)、制造、使用各個環(huán)節(jié)相關(guān)技術(shù)人員足夠關(guān)注的問題。

1 風(fēng)電機(jī)組防雷檢測的現(xiàn)狀

風(fēng)電機(jī)組防雷檢測涉及到的問題較多，盡管電力系統(tǒng)中已有防雷設(shè)計的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是，國內(nèi)采用的風(fēng)電機(jī)組大部分是進(jìn)口機(jī)組或者引進(jìn)國外技術(shù)生產(chǎn)。而各國采用的標(biāo)準(zhǔn)不一，對風(fēng)電機(jī)組防雷的認(rèn)識及要求也大不一樣。因此我國尚沒有完備風(fēng)電防雷檢測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以至各地從事風(fēng)電機(jī)組防雷檢測的技術(shù)人員沒有依據(jù)可循，這是目前風(fēng)電行業(yè)防雷檢測亟需解決的問題。

2 風(fēng)電機(jī)組的工作原理和基本構(gòu)成

2.1 風(fēng)電機(jī)組的工作原理

風(fēng)力發(fā)電的原理，即把自然界中的風(fēng)能利用葉輪轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，然后經(jīng)由低速主軸，使齒輪箱的速度提高至異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，接著利用高速聯(lián)軸器使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動生出電能，最終勵磁變流器勵磁把由發(fā)電機(jī)的定子生成的電能并到電網(wǎng)中。風(fēng)電機(jī)組主要由傳動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、支承系統(tǒng)等組成。

2.2 風(fēng)電機(jī)組的基本構(gòu)成

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動系統(tǒng)主要由葉輪、主軸、主軸承、齒輪箱、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)組成。葉片因?yàn)槲恢孟鄬^高易受直接雷擊；而雷電電弧可能引起主軸承、齒輪箱齒輪材料表面的凹陷和融化，進(jìn)而引起嚙合面之間磨損加劇；由主軸侵入的雷電過電壓可能造成發(fā)電機(jī)定子繞組、主絕緣的擊穿。

偏航系統(tǒng)主要由偏航電機(jī)、偏航齒箱、回轉(zhuǎn)支承等組成。雷電對偏航系統(tǒng)的危害主要是損壞偏航電機(jī)、接近開關(guān)的光傳感器、限位開關(guān)、偏航控制器等。

支承系統(tǒng)包括塔架（筒）、基礎(chǔ)環(huán)、鋼筋混凝土基礎(chǔ)，塔架（筒）既是傳遞雷電流引下線，同時對內(nèi)部的設(shè)備與線路起到了良好的屏蔽作用，對整個電氣、控制系統(tǒng)的防雷起到了不可替代的作用。基礎(chǔ)也是整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的接地網(wǎng)。

電氣與控制系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行的核心，由控制電路、主電路、傳感器和接口電路組成。電氣控制系統(tǒng)的溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、液壓傳感器等屬于敏感元器件，容易受到雷電侵襲。

3 風(fēng)電機(jī)組防雷檢測的主要內(nèi)容

（1）機(jī)艙尾部風(fēng)向風(fēng)速儀與葉片用于防直接雷擊的接閃器；

（2）用于引導(dǎo)雷電流入地的防雷接地引下線；

（3）機(jī)艙與塔筒內(nèi)的滑環(huán)、電刷、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、主軸承、金屬管道、金屬爬梯、構(gòu)架等大尺寸金屬物等電位連接；

（4）控制柜與配電柜內(nèi)的電涌保護(hù)器；

（5）機(jī)組的接地裝置；

（6）電氣控制系統(tǒng)的各類傳感器。

4 風(fēng)電機(jī)組防雷檢測的主要方法

4.1 風(fēng)電機(jī)組外部防雷裝置的檢測

風(fēng)電機(jī)組外部防雷裝置包括了接閃器、引下線、接地裝置。首先是檢查機(jī)組外部防雷裝置的外觀、材料、規(guī)格尺寸是否符合GB50057-2010等相關(guān)規(guī)范的要求。以目測的方法定期檢查葉片、風(fēng)向風(fēng)速儀接閃器是否有銹蝕、灼洞和被雷擊損壞痕跡等。檢查接閃裝置接地連接線連接是否穩(wěn)固。根據(jù)接閃器的高度與距離計算機(jī)艙上的風(fēng)向風(fēng)速儀是否處在LPZ0B區(qū)內(nèi)。用等電位儀測試葉片接閃裝置與輪轂引下線連接點(diǎn)、機(jī)艙上的接閃桿與引下線的直流過渡電阻，要求其過渡電阻不大于0.2Ω。檢查引下線的敷設(shè)與連接，高度不超過40m的塔筒、塔桿，可只設(shè)一根引下線；超過40m時應(yīng)設(shè)兩根引下線。可利用螺栓或焊接連接的一座金屬爬梯作為兩根引下線使用。分段連接的金屬塔筒用作引下線時，每段塔筒連接螺栓應(yīng)利用不少于處的25mm2紫銅編織帶跨接，底座環(huán)與下塔段連接為3根25mm2紫銅編織帶跨接。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的塔筒應(yīng)利用鋼筋混凝土內(nèi)的豎直鋼筋作為引下線。按照GB/T17949.1-2000規(guī)定的檢測方法用接地電阻測試儀測量接地裝置的工頻接地電阻，測試選擇多點(diǎn)測量進(jìn)行比對，其工頻接地電阻不宜大于4Ω。

4.2 風(fēng)電機(jī)組等電位的檢測

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等電位連接的材料規(guī)格應(yīng)符合GB/Z25427-2010的要求。等電位直流過渡電阻值測試應(yīng)采用空載電壓4～24V，最小電流為0.2A的測試儀器進(jìn)行檢測，直流過渡電阻值不應(yīng)大于0.2Ω。檢測LPZ0A區(qū)內(nèi)金屬構(gòu)件、所有穿過各后續(xù)防雷分區(qū)界面處的導(dǎo)電物與防雷裝置的直流過渡電阻。檢查滑環(huán)、電刷、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)械制動器和控制柜等金屬結(jié)構(gòu)件與機(jī)艙底板的等電位連接。檢查塔筒內(nèi)所有金屬導(dǎo)體、控制柜、配電柜與塔底防雷裝置的等電位連接。特別是要檢查機(jī)艙與塔筒內(nèi)控制柜內(nèi)部傳感器屏蔽層與柜內(nèi)屏蔽接地排的等電位連接。其中風(fēng)速儀、風(fēng)向標(biāo)廠家出廠時一般都是從屏蔽層焊接出一根黃綠雙色線，接線時將風(fēng)速儀風(fēng)向標(biāo)的黃綠雙色線一起接至機(jī)艙柜端子排。

4.3 風(fēng)電機(jī)組電涌保護(hù)器的檢測

檢查風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝的電涌保護(hù)器是否經(jīng)過國家認(rèn)可的檢測實(shí)驗(yàn)室檢測，符合GB 18802.1-2011、GB/T 18802.21等相關(guān)規(guī)范的要求。檢查配電柜、控制柜內(nèi)SPD的表面是否平整、光潔，如有劃傷、裂痕和燒灼痕或變形則應(yīng)立即更換。檢查SPD狀態(tài)指示是否正常，如不正常應(yīng)立即更換。檢查各級SPD電壓保護(hù)水平、標(biāo)稱放電電壓、接地線長度是否符合相關(guān)規(guī)范的要求。按GB/T 21431-2015的規(guī)定用壓敏電阻測試儀檢測SPD泄漏電流Iie（一般不應(yīng)大于20μA）、壓敏電壓U1mA（一般為交流電壓有效值的2.2倍）、絕緣電阻。檢查電源線路SPD兩端的連線的截面積、接地線的長度是否符合GB 50057-2010不宜超過0.5m的規(guī)定。檢查多級SPD之間的距離和SPD兩端引線的長度是否符合規(guī)范要求。檢查連接于電信和信號網(wǎng)絡(luò)的SPD其電壓保護(hù)水平Up和通過的電流Ip是否低于被保護(hù)的信息技術(shù)設(shè)備（ITE）的耐受水平，其導(dǎo)線連接過渡電阻應(yīng)不大于0.03Ω。

5 風(fēng)電機(jī)組就地監(jiān)控系統(tǒng)對傳感器的維護(hù)監(jiān)控

風(fēng)電機(jī)組的各類傳感器類型、數(shù)量較多，對風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。又因?yàn)閭鞲衅髂蛪核降停资芾讚綦姶琶}沖輻射的破壞。傳感器主要包括溫度傳感器、振動傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器等，防雷檢測時尤其要加以注意。一般風(fēng)電場監(jiān)控系統(tǒng)會適時監(jiān)測各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，因此可通過監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確快速的找到故障傳感器，再有針對性的檢查故障傳感器的屏蔽層接地、工作電壓、傳感器是否正常。例如：剎車程序故障就可以檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器工作狀態(tài)、安裝位置是否正常，屏蔽線接地是否正常。又如震動傳感器故障既可以檢查風(fēng)機(jī)葉片是否遭雷擊受損，也可檢查震動傳感器信號線是否可靠連接，24VDC供電是否正常，屏蔽層是否接地。

6 結(jié)語

風(fēng)電機(jī)組的防雷安全對整個風(fēng)電場的安全至關(guān)重要，只有提高風(fēng)電機(jī)組防雷安全檢測的針對性，加強(qiáng)對機(jī)組易受雷擊的關(guān)鍵部位、敏感元器件的檢查測試，才能及時發(fā)現(xiàn)問題，排除隱患，從而確保機(jī)組安全、高效的運(yùn)行。

[1]錢啟良，趙永炬，符成院.試分析海南東方風(fēng)力發(fā)電廠600kW風(fēng)電機(jī)組防雷過電壓保護(hù)系統(tǒng)[J].風(fēng)力發(fā)電，2004：6～9.

[2]杜杰，金祖山.浙江山區(qū)風(fēng)力發(fā)電場設(shè)備遭雷擊損壞原因分析和對策[J].中國電力，2002，10：35～10.

[3]《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》（GB/T 21431-2015）.

[4]《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雷電防護(hù)》（GB/Z 25427-2010）.

[5]《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB 50057-2010）.

[6]《低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器（SPD）》（GB 18802.1-2002）.

[7]《接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導(dǎo)則》（GB/T17949.1 -2000）.

TU895

A

1004-7344（2016）01-0286-02

2015-12-25

王建波（1975-），男，工程師，本科，主要從事防雷設(shè)計、施工檢測工作。