阜新地區(qū)風(fēng)力發(fā)電防雷技術(shù)淺析

謝 媛劉 繼范 野宋占利

（1.遼寧省阜新市氣象局 遼寧阜新 123000 2.遼寧省阜新市細(xì)河區(qū)衛(wèi)生和人口計劃生育局 遼寧阜新 123000）

阜新地區(qū)風(fēng)力發(fā)電防雷技術(shù)淺析

謝 媛1劉 繼1范 野1宋占利2

（1.遼寧省阜新市氣象局 遼寧阜新 123000 2.遼寧省阜新市細(xì)河區(qū)衛(wèi)生和人口計劃生育局 遼寧阜新 123000）

引言

隨著全球性能源危機(jī)的日益加劇，能源是人類社會存在和發(fā)展必不可缺的動力，而面對全球經(jīng)濟(jì)和人口增長的能源需求，傳統(tǒng)能源的日益枯竭，發(fā)展清潔可再生能源是人類可持續(xù)發(fā)展的唯一出路。風(fēng)電是改善能源結(jié)構(gòu)，應(yīng)對氣候變化的重要選擇，所以，風(fēng)能作為一種清潔可再生能源受到了世界各國的關(guān)注。中國為應(yīng)對全球氣候變化，履行節(jié)能減排義務(wù)，已大力發(fā)展此項技術(shù)。與此同時，中國幅員遼闊，可開發(fā)的風(fēng)能資源儲備極為豐富，截止到2014年，中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好，新增風(fēng)電裝機(jī)量刷新歷史記錄。中國已成為風(fēng)電大國。但是，由于風(fēng)電場大多選址比較空曠，這樣也就增加了被雷擊的風(fēng)險，雷擊就成為威脅風(fēng)力發(fā)電及安全運行的最大天敵。所以，防御雷電襲擊，是保障風(fēng)電安全運行的關(guān)鍵。

1 阜新地區(qū)風(fēng)電概述

阜新位于遼寧的西部，屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨熱同期，光照充足，常年多風(fēng)。當(dāng)?shù)亓鱾髦稳莨物L(fēng)時間長的這么一句諺語：“一年刮兩次，一次刮半年”。根據(jù)我國風(fēng)能資源分布特征，風(fēng)能資源豐富區(qū)主要集中在兩大區(qū)域，一個是由西北、華北、東北地區(qū)組成的“三北風(fēng)帶”，另一個是由沿海各省海岸線區(qū)域組成的“東部沿海風(fēng)帶”。阜新市位于“三北風(fēng)帶”內(nèi)，屬風(fēng)能資源豐富區(qū)，是風(fēng)能資源網(wǎng)絡(luò)中的“黃金點”，發(fā)展風(fēng)力資源擁有得天獨厚的優(yōu)勢。從2001年起，阜新開始著手風(fēng)力發(fā)電前期工作。截至目前，阜新已設(shè)立測風(fēng)塔123處，測風(fēng)點分布密度在全省乃至全國最大，為阜新風(fēng)能資源評價奠定了基礎(chǔ)。

2 風(fēng)力發(fā)電原理及電機(jī)結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)電設(shè)備，主要由風(fēng)葉、機(jī)艙和風(fēng)塔三大部分組成。風(fēng)葉是由兩支或兩支以上的螺旋槳性葉片所組成，它主要作用是將風(fēng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。機(jī)艙里主要由風(fēng)輪軸、齒輪箱和發(fā)電機(jī)等組成，主要作用是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。為了獲取一定高度和均勻的風(fēng)力，需要建立風(fēng)塔來支撐以上部件，所以一般風(fēng)塔修建的比較高，而它的高度也是由地面障礙物對風(fēng)速的影響和風(fēng)輪的直徑?jīng)Q定的。

3 雷電防護(hù)

3.1 外部防雷保護(hù)

（1）接閃器

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最高部分就是葉片，所以接閃器應(yīng)預(yù)先布置在葉片的預(yù)計雷擊點處以接閃雷擊電流。葉片上的接閃器通過金屬連接帶連接到中間部位。對于機(jī)艙內(nèi)的滾珠軸承，為了避免雷電在通過軸承是引起焊接效應(yīng)，應(yīng)將其兩端通過碳刷或者放電間隙橋接起來。機(jī)艙罩一般采用非導(dǎo)電材料制成，在機(jī)艙表面內(nèi)敷設(shè)一圈環(huán)形的接閃帶，同時考慮到葉片是旋轉(zhuǎn)的，機(jī)艙蓋后緣安裝接閃桿，與接閃帶相互連接。

（2）引下線

如果風(fēng)機(jī)塔身為金屬的，可直接用其塔身作為引下線，不再另行敷設(shè)；但是如果風(fēng)機(jī)塔身為混凝土的，則需要在塔身采用暗傅引下線辦法（選材：鍍鋅圓鋼φ8～10mm，或者鍍鋅扁鋼30mm×3.5mm）。

（3）接地系統(tǒng)

風(fēng)電機(jī)組的接地系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)防雷保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。風(fēng)塔塔基的接地極可作為風(fēng)機(jī)的接地地網(wǎng)來使用，塔基的地網(wǎng)應(yīng)和控制室的地網(wǎng)相連接，形成一個等電位連接帶。地網(wǎng)可采用水平接地和垂直接地公共組成，水平環(huán)形接地采用40mm×4mm扁鋼沿塔基外圍敷設(shè)，垂直接地采用埋入φ25mm的鍍鋅圓鋼。塔身周邊每隔12m與接地網(wǎng)連接，同時與塔基混凝土內(nèi)鋼筋連接[1]。

3.2 內(nèi)部防雷保護(hù)

（1）等電位連接

等電位連接能有效的減少部件之間存在的電位差，在內(nèi)部防雷系統(tǒng)中占據(jù)著重要的位置。在風(fēng)機(jī)的等電位連接系統(tǒng)中，把信號、電源線路和金屬管線都進(jìn)行可靠的等電位連接[2]，以敷設(shè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的水平環(huán)形接地體作為總等電位接地端子板，以及控制室基礎(chǔ)的一圈水平接地體作為總等電位連接端子板，最后把風(fēng)機(jī)和控制室采用熱鍍鋅扁鋼相互連接，設(shè)置在風(fēng)機(jī)塔身內(nèi)部子上，材料均為銅制并相互連接。采用多股絕緣銅導(dǎo)線從控制室處等電位接地端子板引至風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)預(yù)留的等電位連接。

（2）屏蔽系統(tǒng)

屏蔽系統(tǒng)主要是利用屏蔽的方法來減少電磁干擾。由于機(jī)艙包含著風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備，包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)等，這就需要設(shè)計一個封閉的金屬屏蔽體，使之相對于外部，它的電磁場應(yīng)得到極大的衰減。因為機(jī)艙內(nèi)的電子、電氣設(shè)備都是由金屬制成的，所以，與其相連接的電纜也應(yīng)配備相應(yīng)的外部連接和屏蔽，并具有雷電流的承載能力。最后這些屏蔽都應(yīng)該與等電位系統(tǒng)連接起來。

（3）浪涌保護(hù)器

對于過電壓保護(hù)，采用多級防護(hù)，層層設(shè)防的原則[3]。第一級防護(hù)：在機(jī)艙內(nèi)及箱變配電處安裝第一級浪涌保護(hù)器；第二級防護(hù)：在塔身內(nèi)輔助需求末端安裝第二級浪涌保護(hù)器；第三極防護(hù)：在機(jī)艙電源處及塔身內(nèi)基礎(chǔ)電源處安裝第三級浪涌保護(hù)器。對于信號系統(tǒng)，在機(jī)艙傳感器和制動器模擬數(shù)據(jù)輸入和輸出與主盤的傳感器和制動器模擬數(shù)據(jù)輸入或輸出安裝信號浪涌保護(hù)器。

（4）合理布線

要盡可能的減小閃電感應(yīng)，在風(fēng)電機(jī)組布線時要盡可能短而直，且靠近承載雷電流的構(gòu)建；敏感的線路應(yīng)特殊處理，同時，要設(shè)置多個行通道，使電流最小，并盡可能將線路靠近電流密度小的導(dǎo)體；利用多重搭接或者將搭接長度降至最短來減小電差。

4 結(jié)語

雷電災(zāi)害是影響風(fēng)力發(fā)電正常運行的不穩(wěn)定因素，為保障風(fēng)電安全運行，對風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行防雷技術(shù)研究是防雷研究領(lǐng)域中不可或缺的部分。本文對阜新地區(qū)風(fēng)力發(fā)電防雷技術(shù)進(jìn)行綜合分析，采用合理適當(dāng)?shù)姆览状胧┎拍軠p小雷電災(zāi)害對風(fēng)力發(fā)電造成的損失，同時還要不斷認(rèn)清風(fēng)電雷擊的嚴(yán)重性，加強對風(fēng)電防雷技術(shù)的優(yōu)化，提高風(fēng)電防雷的重視度，減少財產(chǎn)損失和排除人員安全隱患，保障風(fēng)電事業(yè)的安全發(fā)展。

[1]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-2010）[S].北京：中國建筑出版社，2010.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組規(guī)范[R].北京：中國船級社，2008.

[3]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50 343-2004）[S].北京：中國建筑出版社，2004.

TM315

A

1004-7344（2016）05-0276-01

2016-2-5

謝媛，女，遼寧黑山人，助理工程師，學(xué)士，研究方向為雷電防御。