【摘要】風(fēng)力發(fā)電作為一種新型能源，越來越受到世界各國的重視，其蘊(yùn)量巨大。而與風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行直接相關(guān)的防雷問題也就十分突出了。本文通過對(duì)部分標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)規(guī)定的理解以及一些實(shí)踐活動(dòng)，闡述了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)雷電綜合防護(hù)的具體要求，并給出相應(yīng)的綜合防護(hù)設(shè)計(jì)方案和一些看法，這對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的防雷工作有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電；防雷；箱變；接地。

1、雷電概述

1.1防雷概述：在過去的幾年中，因雷擊造成的風(fēng)電機(jī)組損壞已是一個(gè)公認(rèn)的越來越嚴(yán)重的問題。風(fēng)電機(jī)組安裝數(shù)量的增多以及高度的增加使得雷擊破壞發(fā)生率比預(yù)期的有所擴(kuò)大，維修費(fèi)用已達(dá)到不可接受的水平。隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量加大以及風(fēng)電機(jī)組向海上發(fā)展，雷擊故障對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行可靠性產(chǎn)生重大影響。特別是當(dāng)多臺(tái)大型風(fēng)電機(jī)組安裝在風(fēng)電場(chǎng)同時(shí)使用時(shí)，因一次雷擊導(dǎo)致多臺(tái)大型風(fēng)機(jī)停運(yùn)的潛在損失是不可接受的。風(fēng)電機(jī)組因其實(shí)際尺寸和性質(zhì)上的特點(diǎn)，它的防雷問題也不同。風(fēng)電機(jī)組廣泛使用復(fù)合絕緣材料，如玻璃纖維增強(qiáng)塑料（玻璃鋼），作為承載部件。防雷保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)與風(fēng)電機(jī)組的不同部分完全合為一體，確保所有可能受到雷擊的部分都可耐受雷擊，并且雷電流能安全地從雷擊點(diǎn)傳至地面，從而不致對(duì)系統(tǒng)造成不可接受的損壞或干擾。

1.2雷電危害的途徑：雷擊的危害眾所周知，它不但對(duì)人會(huì)造成生命危險(xiǎn)，而且對(duì)設(shè)備也造成損壞。雷擊一般分為直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電電磁脈沖、地電位反擊以及操作過電壓這五部分：1.2.1直擊雷。雷電直接擊在建筑物上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力等混合力的作用，使建筑物產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性損壞，以及引起人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失等。1.2.2雷電感應(yīng)。雷云之間或雷云對(duì)地之間的放電而在附近的架空線路，埋地線路，金屬管道或類似的傳導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，該電壓通過導(dǎo)體傳送到設(shè)備間接摧毀微電子設(shè)備。據(jù)資料顯示微電子設(shè)備遭雷擊損壞，80%以上是由感應(yīng)雷擊引起。1.2.3雷電電磁脈沖。是一種電磁干擾源，由于閃電通道或者雷電流下泄通道有劇變的雷電流通過時(shí)，在閃電通道周圍或者金屬導(dǎo)體周圍產(chǎn)生向四周輻射的強(qiáng)烈電磁場(chǎng)，從而引起的雷電災(zāi)害事故。特別是風(fēng)電系統(tǒng)集中了大量的高科技設(shè)備，管理和收費(fèi)工作的實(shí)時(shí)性，雷電災(zāi)害帶來的損失將無法估量。1.2.4地電位反擊。雷擊點(diǎn)在風(fēng)機(jī)附近或者防雷裝置泄放雷電流入地時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)高電位反竄回建筑物內(nèi)部對(duì)建筑物內(nèi)部的設(shè)備和人員造成巨大損失。1.2.5操作過電壓。電涌的來源除了雷電之外還有電氣設(shè)備的操作過電壓。在電感性負(fù)載突然切斷時(shí)，在電感元件中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量釋放出來，變成為電場(chǎng)能量，產(chǎn)生很高的過電壓。操作過電壓雖然電壓不高，但持續(xù)時(shí)間較長，而且發(fā)生的頻度較雷電高得多，因此在敏感設(shè)備的電涌防護(hù)中也是應(yīng)該考慮的。

2、現(xiàn)代防雷體系

現(xiàn)代防雷體系是在傳統(tǒng)防雷技術(shù)的基礎(chǔ)上充實(shí)了針對(duì)以信息系統(tǒng)為對(duì)象的室內(nèi)防雷內(nèi)容而形成的；現(xiàn)代防雷體系的要點(diǎn)是：在分析雷害途徑的基礎(chǔ)上，劃分不同層次的防雷區(qū)域，采取接閃、泄流、接地、等電位連接、屏蔽和限壓等六種防護(hù)措施，全方位、多層次，統(tǒng)籌安排，綜合治理，使之大幅度的提高外部建筑物和室內(nèi)信息系統(tǒng)的防雷可靠性。

2.1現(xiàn)在防雷技術(shù)措施：2.1.1傳導(dǎo)。把閃電的巨大能量引導(dǎo)到大地下耗散掉，接閃器雖不會(huì)爆炸，但引導(dǎo)導(dǎo)線入地的導(dǎo)線流有巨大的電流，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)，也可能損壞設(shè)備，所以傳導(dǎo)措施必須與其他防雷措施聯(lián)合使用才是萬全之策。2.1.2接地。接地是閃電能量的泄放入地，它是防雷措施的基礎(chǔ)，它又是最費(fèi)工，費(fèi)錢，費(fèi)力的措施，是防雷工程和難點(diǎn)，避雷裝置安全檢測(cè)的主要工作就是圍繞它進(jìn)行的。2.1.3等電位連接。等電位連接就是把各種金屬物用粗的導(dǎo)線焊接起來，或把它們直接焊接起來，以保證等電位。等電位連接也包括物體與結(jié)構(gòu)件之間或者同一物體的各部分金屬外套之間做導(dǎo)電性的連接。完善的等電位連接也可以消除因地電位驟然升高而產(chǎn)生的反擊現(xiàn)象，這在微波站天線塔遭到雷擊后是常?？吹降?。2.1.4屏蔽。屏蔽就是用金屬網(wǎng)、箔、殼，管等導(dǎo)體把需要保護(hù)的對(duì)象包裹起來，從物理意義上講就是把閃電的脈沖電磁場(chǎng)從空間入侵的通道阻隔起來，各種屏蔽必須妥善接地。2.1.5分流。凡是室外來的導(dǎo)體都要并聯(lián)一種避雷器至接地線。它的作用是把沿導(dǎo)線傳入的過電壓波在避雷器處經(jīng)避雷器分流入地。把雷電流的所有入侵通道堵截，不止一級(jí)堵截，要多級(jí)堵截

3、設(shè)計(jì)思想及指導(dǎo)原則

嚴(yán)格按照國家法律法規(guī)以及防雷規(guī)范的規(guī)定，從工程的重要性、特殊性、所處地區(qū)的雷雷暴日出發(fā)，遵循安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則，按照客戶的要求，進(jìn)行全面綜合系統(tǒng)的防護(hù)；計(jì)出最佳方案來防止或減輕因雷擊所發(fā)生的財(cái)產(chǎn)損失、人身傷亡、設(shè)備損壞、通訊中斷等損失。

4、數(shù)據(jù)勘測(cè)及結(jié)論

4.1現(xiàn)場(chǎng)情況。百花山風(fēng)電場(chǎng)位于云南省昆明市富民縣羅免彝族苗族鄉(xiāng)，海拔在2300～2730m之間，場(chǎng)區(qū)面積約21.8km2。百花山風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量為48MW，擬安裝單機(jī)容量2.0MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組48臺(tái)，輪轂高度初擬為80m，百花山風(fēng)電場(chǎng)共有24套風(fēng)機(jī)。在百花山風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)配套建設(shè)220kV升壓站一座，匯集風(fēng)電場(chǎng)電量并向系統(tǒng)輸送。風(fēng)電場(chǎng)每臺(tái)風(fēng)機(jī)及其配套的箱變共用一套防雷接地裝置，每套接地裝置由水平接地體和垂直接地體組成，升壓站各電壓等級(jí)電氣設(shè)備及建構(gòu)筑物等共用一套防雷接地裝置。（本方案以1號(hào)風(fēng)機(jī)為例）1號(hào)風(fēng)機(jī)地勢(shì)平坦、寬闊山頂，周邊為20～30o下坡，巖土組合地基。石芽分布，基巖面起伏較大，未發(fā)現(xiàn)溶洞發(fā)育。強(qiáng)風(fēng)化白云巖?；鶐r出露，部分地區(qū)土層為硬塑狀態(tài)粉質(zhì)粘土，厚約0.5米，測(cè)得土壤電阻率約為1742.7Ω·m。

4.2勘測(cè)結(jié)論。按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010 第3.0.3條 第3款要求：“國家級(jí)計(jì)算中心、國際通訊樞紐等對(duì)國民經(jīng)濟(jì)有重要意義的建筑物”規(guī)定，百花山風(fēng)電場(chǎng)為第二類防雷建筑物；

5、設(shè)計(jì)方案

5.1接閃器。利用風(fēng)電機(jī)組葉片作為接閃器，接閃器將雷電流引入并且能夠傳導(dǎo)全部的雷電流；另外，接閃器必須具備一定尺寸以便牢固地固定在葉片表面，鋁的橫截面為70mm2；機(jī)艙頂端敷設(shè)一圈環(huán)形的避雷帶；在機(jī)艙蓋后緣安裝避雷針，避雷針高1.5m與避雷帶相互連接。

5.2引下線。利用風(fēng)電機(jī)組葉片中金屬網(wǎng)格、鋼絲及電機(jī)組葉片的邊角作為引下線，起引下線作用的葉片表面金屬導(dǎo)體必須有足夠斷面才能經(jīng)受住直擊雷，并傳導(dǎo)全部的雷電流。內(nèi)部引下線系統(tǒng)：導(dǎo)體放置在葉片表面是將雷電導(dǎo)體放置在葉片內(nèi)部。導(dǎo)體的金屬固定裝置穿過葉片表面起離散的雷電接閃器作用。目前生產(chǎn)的許多葉片使用這種防雷保護(hù)系統(tǒng)，離散的雷電接閃器安裝在葉片尖端。內(nèi)部引下線系統(tǒng)將雷電流從位于葉尖的接閃器引到葉片根部；在由葉片根部與塔桶內(nèi)部圓鋼引下Φ25mm線相互連

5.3雷電波侵入。5.3.1電力電纜。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電力電纜線應(yīng)穿金屬管道敷設(shè)，進(jìn)入箱變處裝電源浪涌保護(hù)器且浪涌保護(hù)器接地端接至等電位接地端子板上；風(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)部有輪轂與箱變電纜線需進(jìn)行連接，在連接方式應(yīng)穿鋼管敷設(shè)，這樣減少了雷電波侵入對(duì)設(shè)備造成危害，同時(shí)在與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組保持電氣連通。5.3.2信號(hào)電纜。風(fēng)力發(fā)電信號(hào)電纜應(yīng)穿金屬管道敷設(shè)，進(jìn)入箱變處裝信號(hào)浪涌保護(hù)器且浪涌保護(hù)器接地端接至等電位接地端子板上；有箱變引入塔筒時(shí)需埋地穿鋼管進(jìn)入，做為屏蔽措施；同時(shí)光纖傳輸保持光纖芯處進(jìn)行良好接地一次，5.3.3等電位連接。以敷設(shè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的一圈水平接地體作為總等電位接地端子板，以及在箱變基礎(chǔ)的一圈水平接地體作總等電位連接端子板，最后風(fēng)機(jī)與箱變采用熱鍍鋅扁鋼相互連接，設(shè)置在風(fēng)機(jī)塔筒內(nèi)部子上，材料均為銅制并相互連接。采用多股絕緣銅導(dǎo)線從箱變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。進(jìn)入風(fēng)機(jī)電源線在斷開處穿金屬管，大的金屬門，金屬玻璃幕墻與建筑物金屬構(gòu)件作等電位連接。風(fēng)電機(jī)組內(nèi)的連接必須在風(fēng)電機(jī)組部件之間建立等電位連接。在臨近的兩個(gè)控制箱處采用熱鍍鋅扁鋼50*5相互連接，這些等電位連接可在雷擊時(shí)提供接觸電壓與跨步電壓防護(hù)。

5.4屏蔽。通過屏蔽方法，可衰減電磁場(chǎng)水平。機(jī)艙應(yīng)設(shè)計(jì)為一個(gè)封閉的金屬屏蔽體。在機(jī)艙內(nèi)，相對(duì)于外部它的電磁場(chǎng)應(yīng)得到極大的衰減。機(jī)艙中的，以及可能存在于在操作間中的開關(guān)柜和控制柜，都應(yīng)由金屬制成。與其相連接的電纜也應(yīng)配備相應(yīng)的外部連接和屏蔽，并具有雷電流承載能力。從抗干擾的角度出發(fā)，只有當(dāng)屏蔽線的兩端都連接到等電位連接中，屏蔽電纜才能有效地隔離電磁干擾。屏蔽接地線必須就近接到連接端子上，屏蔽層、管道、導(dǎo)管的兩端必須與結(jié)構(gòu)連接。同時(shí)，將導(dǎo)線靠近金屬結(jié)構(gòu)并且避免導(dǎo)線形成環(huán)路可減少磁耦合面積。所述方法可有效降低環(huán)路面積且內(nèi)部保護(hù)導(dǎo)線免受變化磁場(chǎng)的影響

5.5雷電電磁脈沖與雷電感應(yīng)防護(hù)措施。5.5.1配電系統(tǒng)過電壓保護(hù)裝置。根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343-2012第5.4.3條 第3款規(guī)定做出以下措施：第一級(jí)防護(hù)：在機(jī)艙內(nèi)以及箱變配電處安裝第一級(jí)浪涌保護(hù)器。第二級(jí)防護(hù)：在塔筒處鋪助需求末端安裝第二級(jí)浪涌保護(hù)器。第三級(jí)防護(hù)：在機(jī)艙電源處以及塔筒基礎(chǔ)電源處安裝第三級(jí)浪涌保護(hù)器。5.5.2信號(hào)系統(tǒng)的過電壓防護(hù)方案。信號(hào)系統(tǒng)：在機(jī)艙傳感器和制動(dòng)器模擬數(shù)據(jù)輸入或輸出與主盤的傳感器和制動(dòng)器模擬數(shù)據(jù)輸入或輸出安裝信號(hào)浪涌保護(hù)器。

5.6 接地防護(hù)措施。依據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)第六章、第二節(jié)：接地裝置標(biāo)準(zhǔn)條文的要求，參考99D501-1、99（03）D501-1《建筑物防雷設(shè)施安裝》設(shè)計(jì)圖集知，結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，切實(shí)考慮到接地地網(wǎng)所處的地理位置及接地地網(wǎng)的使用壽命、工作可靠性；本方案采用水平接地體+垂直接地體+電解離子接地極的方法對(duì)風(fēng)機(jī)防雷接地地網(wǎng)進(jìn)行降阻處理，使其滿足設(shè)計(jì)要求，地網(wǎng)的接地電阻值不大于3.5歐姆。在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)外側(cè)做1個(gè)環(huán)形地網(wǎng)，直徑為40米，水平地網(wǎng)面積為1256m2，并在環(huán)形地網(wǎng)中打入12根50*5*1500的熱鍍鋅角鋼，然后在環(huán)形地網(wǎng)外側(cè)引4根外引線，單根外引線長度為25米，材料為50*5熱鍍鋅扁鋼、50*5*1500熱鍍鋅角鋼，并加7根直徑為63mm、長度為1000mm的電解離子接地極。

5.7施工方法：1.風(fēng)機(jī)接地裝置與箱變接地裝置應(yīng)聯(lián)合成一個(gè)接地系統(tǒng)，本接地系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)及箱變的工作接地、保護(hù)接地及防雷接地，其工頻接地電阻值按GB19568-2004《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組裝配和安裝規(guī)范》要求小于3.5Ω。2.風(fēng)機(jī)地網(wǎng)的水平接地線采用-50×5熱鍍鋅扁鋼，垂直接地極采用L50*5*1500熱鍍鋅角鋼，電解離子接地極LJD-63/1000。離子接地極水平埋設(shè)。3.地下部分所有接地網(wǎng)各交叉點(diǎn)均應(yīng)采用焊接方式連接。采用搭焊接時(shí)，其搭接長度應(yīng)為扁鋼寬度的2倍。焊接后防腐處理。接地引線地面上、下各40cm的范圍內(nèi)不得有焊接頭。焊接應(yīng)平整無間斷，不應(yīng)有凹凸、夾渣、氣孔、未焊透及咬邊等缺陷。4.當(dāng)土壤為耕地時(shí)，水平接地體和垂直接地體頂部的埋設(shè)深度距離地面不小于0.8m。當(dāng)土壤為粘粘土?xí)r，水平接地體和垂直接地體頂部的埋設(shè)深度距離地面不小于0.6m。當(dāng)土壤為巖石時(shí)，水平接地體和垂直接地體頂部的埋設(shè)深度距離地面不小于0.3m。5.在水平接地體敷設(shè)好之后，分層夯實(shí)，回填不得用大石塊、碎石或建筑垃圾等雜物。6.開挖中發(fā)現(xiàn)有直埋電纜和地下管道時(shí)，應(yīng)先小心將電纜附近的土挖開，注意保護(hù)電纜和地下管道。7.施工中發(fā)現(xiàn)地下有異物要及時(shí)報(bào)告安全負(fù)責(zé)人決定施工方法。如發(fā)現(xiàn)有損傷地下電纜情況要立即停止工作，研究處理辦法。

參考文獻(xiàn)

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