風電場風機防雷技術發展研究

宋財

摘要：現階段，隨著人們對環保重視程度的提升，清潔型能源得到了快速的發展，風力發電的規模越來越大。在風電項目進行運營的過程中，雷電對風機設備造成損壞的概率是非常大的，這也對風電安全以及經濟效益造成了非常不利的影響。基于此，本文深入的探討了風電場風機防雷技術，探討了其發展。

關鍵詞：風電場;風機防雷技術;發展

一、雷擊對風力發電機組造成危害的方式

風機被雷電造成的損壞分為兩類：直接損壞和間接損壞。直接損壞主要是指雷擊電流直接造成風機出現熱效應以及機械效應的情況，會對葉片、機械結構以及軸承造成較大的損傷。間接損傷一般是由于雷電所導致的電磁過載情況。在出現雷擊時，由于雷電電流所引起的瞬態電壓升高不僅會對風扇的電子以及電氣設備造成損壞，同時還會導致風扇停止運行。跨步電壓是雷電電流引起的電勢瞬時增加，是風力渦輪機損壞的主要原因。跨步電壓的值越高，對風扇造成的損壞程度就越大。對跨步電壓造成影響的因素非常多，如接地體的結構尺寸、土壤電阻以及雷電電流值等因素。以土壤電阻為例，在低電阻土壤的情況下，如果土壤中的電位分布特征曲線沒有出現較大的變化，土壤兩點電位差小，跨步電壓越小。

二、風電場風機防雷技術的應用

（1）直基雷防護技術

在風機防雷技術設計中，引入雷電并接地，實現防雷目標。其中，連接器、葉片部分、風扇艙部分。風扇機組的典型防雷方式是在葉片表面安裝金屬盤，然后在葉片內部鋪設金屬導體，作為連接葉片表面金屬盤與葉片根部的連接裝置。刀刃如果閃電擊中葉片表面的金屬盤，穿過金屬導體的金屬發電機結構，最終通過接地裝置釋放。除上述舷側邊緣方法外，可在葉片表面安裝金屬網，同樣進行技術論證。此外，風力發電機機艙外側有一定厚度的金屬外殼，因此，在葉片表面可以使用金屬盤或金屬網進行連接，滿足電位連接要求，能承受雷擊。對于沒有在機組和發電機葉片上對避雷器進行安裝的，不能在發電機機房的后部進行避雷器安裝，必須安裝在前部。

（2）等電位連接技術

這項技術可分為兩種：風速以及導向桿與渦輪短艙之間的連接，渦輪塔架的法蘭連接和相對固定的交叉定位節點，如配電裝置、機艙機柜金屬框架離合器，風扇輪轂與風扇艙是直接連接的，風扇軸承與風扇艙是直接連接的，前者可用銅編織線連接，過渡電阻需要控制在0.03之內。后者比較復雜，不僅要確保各要素之間的正常運行，還需要在雷擊的過程中，確保高振幅電流能夠在元件之間通過。在艙內軸承部分、變速箱以及艙底座之間設置絕緣層，防止地雷電流破裂。為了確保電阻滿足防雷技術要求，經常采用電模型安裝方法。

（3）接地技術

這是因為電氣設備是風力發電機雷電沖擊作用的重要組成部分之一，在遭受雷擊的過程中，電流會在瞬間進行提升，導致電氣設備出現故障。在風機保護中，接地技術是非常重要的技術，但是當接地電阻過大時，則避雷器可能會損壞。風機接地技術需要嚴格的依據電氣和建筑防雷工程的規范進行施工，這其中不僅是對風扇接地電阻有比較嚴格的要求，同時還需要對接地技術中做好對電感和電容的布置。因為電流雷暴流具有全譜的高頻頻率，接地系統中的快速響應技術經常作為地雷設計的輔助手段。安裝接地裝置后，往往會發生土壤電離，這也讓接地裝置的電氣特點變得更加復雜化。通過使用電磁分布仿真技術，能夠對該區域內的電磁場分布進行有效地模擬，為防雷裝置的設計以及安裝提供相應的支持。在實際的應用過程中，如果接地電阻與實際的技術規范的要求不相符，可以通過運用電阻降凝劑的方式，有效提升土壤電阻。在水平地面上的電極周圍區域使用降阻劑，能夠極大的降低周圍的土壤電阻系數。此外，當地質條件良好時，可以使用深井方法，對土壤電阻進行降低。使用鋼管作為垂直接地電極，還采用抑制劑對土壤進行固井，以達到更有效的降低阻力。值得 注意的是，在沿海地區的接地設備安裝中，需要做好防腐工作，接地可用于用銅涂層代替普通鋼材，對于室外的金屬件需要涂抹防腐涂層，防止設備腐蝕，縮短設備使用壽命。

（4）內部過壓保護技術

在雷擊的過程中，會產生過大負荷，對風扇內部的電氣線路以及終端設備造成極大的破壞，因此，需要做好內部的過壓保護。可在輸電線路中對避雷針進行安裝，或者是對電桿塔的接地電阻進行降低。風電機組塔架內部時的感應電場分布和磁場，并將部件安裝在發生雷電的地方。弱磁場可以減少雷電干擾和對這些敏感電氣設備的損壞。當風電機組被雷電擊中時，箱式變壓器的輸入端和輸出端之間的電位差很大，可以通過對電涌保護器的使用，從而有效減少雷擊所造成的損壞。

（5）屏蔽保護技術

由于風機本身并不是一個完整的射線防護裝置，機身上的任何孔洞或縫隙都容易造成風機塔架與機艙之間的電磁耦合，導致機艙內感應金屬電路過多，可能會對機身內的設備損壞。因此，當定義屏蔽層時，電路傳輸過程中的感應電磁過張力和多余能量會減少，從而使感應過張力的變化從突然變為逐漸變化，從而對內部造成損壞，可以減少或避免機艙內的設備。

結語

隨著我國環保產業的發展，越來越多重視對清潔能源的開發，而風能是最引人注目的成果之一。對風機防雷接地系統具有重要作用，要及時發現地雷接地系統故障，分析故障原因，有效排除故障。利用科技預防和減少重大事故的發生，將提高風能的安全性，給民眾帶來持續的利益，為生產生活提供穩定的電力，促進整個行業的高質量發展。

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