風力發電機組的防雷設計方法分析

姚林玲　崔婷茹　楊瑜

摘 要：風能作為一種新型的能源，它既不污染環境又可以實現可持續的發展，因此，對風能的研究與運用具有重要價值，一方面擴大能源供應的途徑；另一方面對環境保護也帶來積極意義。但是，在風力發電機組工作受到雷擊影響，會出現穩定性散失的情況，所以，該文主要研究綜合風力發電機組防雷設計，同時嚴格按照雷擊的不同程度完成不同風力發電機組防雷設計方案的設計。

關鍵詞：風力發電機組 防雷設計 分析

中圖分類號：TM351 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）11（c）-0051-02

隨著社會的發展，世界各國人民渴望更加深入地認識可再生能源的利用價值，人們越來越重視能源問題引發的環境問題。在分析風能使用的基礎上我們發現，風能最為顯著的特征就是潔凈和可再生，所以，人們非常重視該項能源的使用。在實際工作中，不斷發展著風力發電機組的制造技術[1]。發展到2011年，統計得到我國風力發電機組裝機容量已經位居世界第一，達到44 733.29 MW。一般情況下，風力發電機組高度會設置在100 m以上，其中還有很多設置在高原地區以及沿海地區，這部分地區存在十分頻繁的雷雨天氣，所以，在實際工作中，進一步完善風力發電機組的防雷水平具有非常顯著的現實意義。

1 風力發電機組的防雷設計方法

風力機組內部結構防雷關鍵部位簡圖如圖1所示。

1.1 一般性的防雷設計分析

在雷擊過程中為了使發電機組的安全性得到基礎保障，其中最為必備的條件就是做好接地工作。一般情況下，會在土地面積很大的地區分布風力發電機，因為存在較高的土地電阻率，所以，在實際工作中，完成防雷設計的時候需要接地部分按照實際需要完成設置，不可以按照常規電氣設備接地方式完成設置。在分析相關文獻研究之后得到，風力發電機組的不同會對接地電阻提出不同的標準，其中2Q、4n、10Q幾種類型是使用最多的，因為施工成本會跟電阻兩者之間存在明顯的聯系，也就是說電阻越小，那么施工成本越高，電阻越大，那么施工成本就越大[2]。在建造風力發電機組之前，首要的工作就是在附近完成小型的接地網的布置，有若干個因為單個接地網所發揮的作用很難滿足接地電阻對實際工作提出的要求，最為有效的方法就是連接全部的接地網。所以，在實際過程中，可以鋪設金屬導體于接地網之間，其最為主要的目的就是，在雷擊的過程中，風力發電機組怎樣最大程度地降低風電場地電位，在上述的基礎上使雷擊對變壓器等危害程度最大程度地降低。

1.2 發電機的防雷設計分析

發電機其主要的構成部分為3個壓敏電阻，共模過電壓抑制一般使用壓敏電阻M1與M2完成抑制，M3其主要的作用就是對差模電壓產生抑制作用，但是保護電路這樣設置的話就會發揮暫時性的作用，這種保護電路發揮的抑制作用一般都是一次性的[3]。

1.3 電子系統的防雷設計分析

風力發電機等電子系統主要由以下幾個方面構成：首先是發電機；其次是配電變壓器；最后是通訊接口。作用如下：配電變壓器作用為供電作用，想要變壓器的損壞得到最有效的防止，那么就需要從根本上做好變壓器的防雷設計。最佳的防護措施如下：將高低兩側裝設避雷器安裝在變壓器上，在低壓的一側則需要完成3個氧化鋅避雷器的安裝，在高電壓的一側則需要完成3個普通閥型避雷器的裝設[2]。

1.4 機艙的防雷設計分析

想要做好機艙直擊雷防護，那么首要的工作就是做好葉片的防雷設計，下面一點就是敘述葉片的防雷設計。在葉片防雷設計的基礎上，還需要在機艙尾部完成相關避雷針的安裝，促使其跟機架緊密連接在一起，這樣一來，防雷效果就可以得到基礎的保證。倘若葉片并沒有按照實際需要完成相應防雷措施的設置，那么就會直接破壞防雷設備，導致防雷效果受到直接的影響，這樣一來就需要在機艙首尾兩端均完成避雷針的有效安裝。分析實際情況得到，很多機艙均是由金屬造成的，所以需要在實際工作中，有效地連接機艙、低速軸承以及發電機的基座，這樣一來促使防雷效果得到基礎的保證。所以需要從根本上做好相應的機艙防雷設計，不同高的避雷針需要按照傳感器的高度來完成安裝。

1.5 葉片的防雷設計分析

在雷擊情況下，發電機組如果受到雷擊，那么這部分電流就會釋放出非常巨大的能量，這些能量會導致葉片結構溫度呈現一個逐漸上升的趨勢，導致強大的電磁力產生，葉片變形，還會進一步熔化。對于風力發電機組葉片來說，一般情況下，大多數葉片會按照玻璃剛增強塑料結構設置，或者是按照GRP-木結構設置，其并沒有在內部完成導電體的設置。這樣一來，在遭受雷擊的前提下，結構葉片就會需要承受毀滅性破壞。所以需要重點關注葉片的防雷設計工作，在上述的基礎上使葉片受損概率進一步降低。分析相關研究文獻得到，在受到雷擊的時候，破壞是否存在跟葉片形式兩者之間存在非常緊密的聯系。在效果方面，不管是木頭的葉片上還是玻璃纖維的葉片上其發揮的效果差不多。在上述的基礎上使用內腔導引線完成電流的傳導，在大地上導入電流，完成雷電的約束。在完成實際工程檢驗的基礎上可以使上述結構發揮的作用得到最好的證明，進而最大程度地發揮防雷效果，所以，這是有效的設計方案。

2 結語

在實際工作中，一次雷擊會帶來非常大的破壞性，所以對其進行維修以及更換會產生非常多的費用。所以相關人員需要對風力發電機組防雷設計給予足夠的重視與關注，我國使用風力發電機還不是很久，所以對于防雷這個方面的工作來說經驗非常的不足，需要對國外風力發電機防雷技術進行不斷的學習，積極考察雷電天氣活動特點，進而促使風力發電機組防雷技術得到進一步發展。

參考文獻

[1] 黃金鵬.大功率風力發電機組葉片的雷擊分析與防雷系統設計[J].風能，2012，5（22）：80-83.

[2] 王寶歸，曹國榮，唐建平，等.大型風力發電機組的防雷保護[C]//中國農機工業協會風能設備分會2013年度論文集.2013.

[3] 戴啟勝，張舉良，郭飛.風力發電機組防雷技術研究與應用[J].電氣制造，2013，9（12）：42-45.