并网型风力发电机正逐渐向大型化发展!容
量已有数百!"乃至几#"!轮毂高度也增至
$%&’%(!甚至高达)%%(!)个叶片就将近$%(
长"大型风力发电机经常伫立在孤岛#山顶!暴露
于大自然中!很容易遭到雷击"据了解!因雷击而
发生的风力发电机维修费用不少!尤其是海上风
力发电机这项费用就更大了"
雷电对风机的危害方式有直击雷#雷电感应
和雷电波侵入等$种"据统计!德国的风力发电
机的雷击毁坏率为+!其中,%+左右为雷电感
应和雷电波侵入所致"风力发电机组因雷击而损
坏的主要部件是叶片#电控系统和风电场-./0/
电力监控系统!其中1%+&’%+涉及到电控系统!
)’+&2’+涉及到通讯系统!)’+&2%+涉及到叶
片!’+涉及到发电机"由雷击而引起的维修成本
数额$包括材料#人工及其他服务费用等%由大到
小依次是叶片#发电机#电控系统#通讯系统"大
型并网风力发电机的防雷保护是很重要的!也是
很必须的"
!风力发电机防雷区和保护等级的确定
根据&风力发电机组防雷保护’标准
$34.5)$)26)%!防雷区分为7-8%/#7-8%7#
7-8)#7-82等1个区"7-8%/区内的物体可能
遭到直接雷击!传导全部雷电流"7-8%7区内的
物体不会遭到直接雷击!但该区的电磁场没有衰
减"7-8)区内的物体不会遭到直接雷击!该区内
所有导电体的电流比7-8%7区进一步减小!电
磁场可能衰减"7-82区内的所有设备不会遭到
直接雷击!但为了进一步减小干扰效应!还必须
采取附加屏蔽措施"如果机舱罩#塔架的制成材
料为可导雷电材料!风力发电机组防雷区的位置
如图)所示"
!7-8%/和7-8%7防雷区包括风轮叶片$包
括风轮轮毂%及其内部部件#轮毂#机舱罩#测风设
备的风况传感器#无屏蔽措施的操作间和变电站!
土壤中的电缆连接线"
"7-8)防雷区包括采取了有效雷电导引
大型并网风力发电机的防雷保护
邢作霞9陈雷9姚兴佳
$沈阳工业大学风能技术研究所9沈阳))%%2$%
摘要!根据风电机组防雷保护和相关行业防雷标准!提出了风电机组防雷区的划分:介绍了风电机组及各部
件防雷保护措施:给出了风电机组接地系统等设计方法"
关键词!风电机组(防雷保护(防雷区
中图分类号!;<$(;#5文献标识码!7文章编号!)5,)6’2=2$2%%1%%$6%%’’6%2
"#$%&’#’$()&+,&#’-’.$)#/01)$+2,10+3#’/&4)5#’+
>3?@8AB6CDE!.F4?GHD!I/J>DKL6MDE
图!防雷区划分和疏雷通道
收稿日期!2%%16%)6)1
作者简介!邢作霞$)=,56%!女!工程师!从事风力发电控制系统的研究工作"
’’
实用技术
可再生能源2%%1N$$总第))’期%
和屏蔽措施的风轮叶片内部!全金属覆盖的机
舱罩内部!金属塔架的内部!操作间和变电所的
内部"
!!"#$防雷区包括在防雷区!"#%内的设备"
!叶片防雷保护
目前普遍采用的叶片保护装置是在叶尖置
放接闪器捕捉雷电#并在叶片内腔安置疏雷引
线#可将雷电导到轮毂#随之导入大地"如果叶片
带叶尖刹车机构#钢丝绳既具有控制叶尖刹车功
能#也作为下引线把雷击电流引导到轮毂处"
叶片的导雷线通过一个金属刷与轮毂轴承
的放电槽连接#当遭到雷击时#在放电槽上将形
成一个电弧#冲击电压通过连接主轴和机舱底盘
的金属刷被引导到机舱底盘上#而不伤害主轴的
滚珠轴承"
"轮毂防雷保护
轮毂为全金属结构#有较好的雷电流传导作
用"轮毂处的雷电流向后传向传动系统#通过能
够传导雷电流的滑环和滑块传导到地下"
#风况传感器的防雷保护
风况传感器暴露在机舱外面#工作环境恶
劣#直接受雷击的可能性较大#因此要做好防雷
设计"设立一避雷针#高度随风况传感器的高度
不同而定"风况传感器的防雷装置分别用%&’’
$
铜芯电缆连接到机舱内等电位母线上"
$机舱和机舱内各部件的防雷保护
钢架机舱底盘为机舱内的各部件提供了基
本保护#机舱内的各部件通过连接螺栓可靠的连
接到机舱底座的金属支撑架上#任何铰链连接应
采用尽可能宽的柔性铜带跨接"在机舱内#不与
底盘连接的所有部件都与接地电缆相连"
齿轮箱和发电机间的连结采用柔性绝缘连
结#接地导线连接到机舱底盘的等电位体上#防
止雷电流通过齿轮箱流经发电机和发电机轴承"
机舱底盘通过偏航环的螺栓可靠地接到塔
筒壁上"如果采用柔性阻尼元件#则要用扁铜带
跨接"
%电气控制系统保护
风力发电机组电控系统的控制元件分别在
机舱电气柜和塔底电控柜中"由于电控系统易受
到雷电感应过电压的损害"因此电控系统的防雷
击的保护一般采用如下措施"
!%"电气柜的屏蔽
电气柜用薄钢板制作#可以有效地防止电磁
脉冲干扰#在控制系统的电源输入端#出于暂态过
电压防护的目的#采用压敏电阻或暂态抑制二极
管等保护元件与系统的屏蔽体系相连接#可以把
从电源或信号线侵入的暂态过电压波堵住#不让
它进入电控系统"对于其它外露的部件#也尽量用
金属封装或包裹"每一个电控柜用$条%&’’
$
铜
芯电缆把电气柜外壳连接到等电位连接母线上"
!$"供电电源系统的防雷保护
对于&()+,-)的风力发电机供电线路#
为防止沿低压电源侵入的浪涌过电压损坏用电设
备#供电回路应采用./0"供电方式#保护线12
与电源中性线/分离"整个供电系统可采用三级
保护原理#第%级使用雷击电涌保护器#第$级使
用电涌保护器#第,级使用终端设备保护器"由于
各级防雷击电涌保护器的响应时间和放电能力不
同#各级保护器之间需相互配合使用"
第%级与第$级雷击电涌保护器之间需要约
%)’长导线#电涌保护器与终端设备保护器之间
需要约3’长导线进行退耦"
!,"传感器采样信号的防雷保护
对暴露在雷区的传感器采样信号#采用防雷
隔离保护线圈保护#通过4"$,$#4"5$$#4"5-3远
程通讯到风电场监控室的数据传输线进行数据隔
离后传输"
&接地系统
工频接地电阻应小于%)"#接地布置采用
基础接地体和环形接地体#用截面积3)’’
$
的
实心铜环导体#在基础%’外#深%’处#围成半
径不小于&’的环形接地体#再用两个竖直的!
截面积3)’’
$
的实心铜导体与环形接地体的对
角位置相连"
参考文献!
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