淺析金風S50/750風電機組的防雷系統

高立兵

摘要：金風750kW風力發電機組的防雷系統是結合雷電的特點，將風力發電系統的內外部分成多個電磁兼容性防雷保護區。實際運行時，該防雷系統存在盲點區間，本文對該套系統中存在的問題進行改造，大大增加了有效的保護范圍，減少了雷擊故障。

關鍵詞：防雷系統；風電機組

引言

雷電危害非常巨大，它可能對地面上的任何一種建筑結構和科技設備造成嚴重的迫害，科學研究表明，設備所處的高度越高，受到雷電擊中的幾率也越大。寧夏長山頭風電場海拔1505m-1559m，地形起伏較大，相對高差約20m，場址較為開闊，風電機組塔筒高60m，風電機組遭受雷擊現象頻繁發生，因此風電機組防雷系統的好壞，直接關系著風電機組安全穩定運行。

風力發電機組是處在曠野之中的高聳物體，更容易受到雷電的襲擊，并且雷擊是無法避免的，因此風力發電機組防雷的重點是遭受雷擊時如何迅速將雷電流引入大地，盡可能地減少由雷電導入設備的電流，最大限度地保障人員和設備的安全，使損失降低到最小。

1.金風S50/750風電機組的防雷系統

金風750kW風力發電機組的防雷系統是根據相應的防雷標準，結合雷電的特點，將風力發電系統的內外部分成多個電磁兼容性防雷保護區。其中，在機艙、塔身和主控室內外可以分為LPZ0、LPZ1和LPZ2三個區，針對不同防雷區域采取有效的防護手段。

1.1葉片防雷保護

葉片是風力發電機組中位置最高的部件，同時又是風力發電機組中最昂貴的部件，因此葉片的防雷保護至關重要。葉片的完全絕緣是不能降低被雷擊的風險而只能增加受損傷的程度，而且在很多情況下雷擊的位置在葉尖的背面。S50/750風力發電機組的葉片防雷系統由雷電接閃器和雷電傳導部分組成，如圖1所示。

雷電接閃器是一個特殊設計的不銹鋼螺桿，裝置在葉片尖部，即葉片最可能被襲擊的部位，接閃器可以經受多次雷電的襲擊，受損后也可以更換。雷電傳導部分在葉片內部將雷電從接閃器導入葉片根部的金屬法蘭，通過延長節、輪轂傳至機艙。在輪轂的法蘭處有兩個防雷碳刷、放電間隙組成的保護將雷電流迅速傳至機艙底座，限制過電壓。

1.2機艙防雷保護

金風S50/750風機的機艙罩是用玻璃鋼材質制成的，它能很好的起到防雷保護的作用。而且在機艙罩的后部裝有一根避雷針，它的作用是保護風速儀和風向標。在遭受雷擊的情況下避雷針將雷電流通過接地電纜傳到機艙底座，避免雷電流沿傳動系統傳導。機艙底座為鋼結構件，機艙內的零部件都通過50mm＼+2銅接地線與之相連。

1.3電控系統防雷保護

電控裝置的防雷設計，主要是受架空線路遭雷擊或線路遠端雷擊傳導至風機的過電壓和大的雷電流。金風機組在配電柜主電纜進線端的主空開690V回路側并聯了防雷器件，在控制柜220V模塊用電回路中同時串、并聯不同的防雷器件，同時做好風機的接地系統。

為了預防雷電效應，對處在機艙內的金屬設備如：金屬構架、金屬裝置、電氣裝置、通訊裝置和外來的導體在靠近地面處作了等電位連接，連接母線與接地裝置連接。匯集到機艙底座的雷電流，傳送到塔架，由塔架本體將雷電流傳輸到底部，并通過兩個接入點傳輸到接地網。

2.風機防雷保護中存在的“盲點區間”

金風S50/750風機的防雷保護盡管做的相當全面，但是該套系統中還是存在著不能完全防雷的區域。2012年4月29日早上7：00長山頭風電場有11臺風電機組不能并網發電，風機監控系統顯示風機狀態正常，11臺風機的風向角監測數據一直顯示為0，檢查發現11臺風機的風向標全被損壞，導致了風機不能正常偏航對風。由于28日晚上多次出現過雷雨閃電現象，雷電將風向標擊壞。2013年4月8日長山頭#CF34風機，2013年4月18日#CF57風機，2014年8月15日#CF25風機的風向標也均遭雷電擊壞。由此可見，機艙罩后部的避雷針并不能完全保證風向標不受雷擊。

2.1避雷針系統改造

風機風向標遭受雷擊的原因有：1）雷電的多樣性和特殊性造成了避雷針不能完全發揮應有的作用。避雷針相對于直擊雷和線形雷的防御能力較好，而對其它雷電的防御能力則一般。2）單只避雷針過于簡單，風向標的安裝位置不夠精準。

為了更好的保護風機正常運行，減少雷擊次數，減少更換風向標和風速儀的損壞次數，需要對避雷針防雷系統進行改造。長山頭風電場防雷改造的方案是精確安裝風向標和加裝避雷環。

2.2加裝避雷環

長山頭風電場對部分風機的避雷針進行了技術改進，在避雷針上加裝2個半徑700mm避雷環，從而使風向標和風速儀處于環網中，這樣大大增加了有效的保護范圍。經過改造后，風向標被雷電擊中而損壞的故障率下降了72%。

3.結論

金風S50/750從葉片、機艙、電氣系統方面實現了全防雷保護，但還是存在“盲點區域”。我們不能完全消除雷電對設備、人體構成的危害，但是我們可以減輕危害。只有不斷地進行探索和技術改進，才能最小程度的降低雷電對人體、設備的危害。

[參考文獻]

[1]電力系統通信站防雷運行管理規程（DL 548-94）.

[2]彭仲源；防雷擊地存在的問題和解決方法[J].電氣工程，2008.

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[4]金風S50/750kW風力發電機組運行維護手冊.