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        阜新地區(qū)風(fēng)力發(fā)電防雷技術(shù)淺析

        2016-07-20 08:15:18媛劉繼范野宋占利
        大科技 2016年5期
        關(guān)鍵詞:塔身阜新機(jī)艙

        謝 媛劉 繼范 野宋占利

        (1.遼寧省阜新市氣象局 遼寧阜新 123000 2.遼寧省阜新市細(xì)河區(qū)衛(wèi)生和人口計(jì)劃生育局 遼寧阜新 123000)

        阜新地區(qū)風(fēng)力發(fā)電防雷技術(shù)淺析

        謝 媛1劉 繼1范 野1宋占利2

        (1.遼寧省阜新市氣象局 遼寧阜新 123000 2.遼寧省阜新市細(xì)河區(qū)衛(wèi)生和人口計(jì)劃生育局 遼寧阜新 123000)

        引言

        隨著全球性能源危機(jī)的日益加劇,能源是人類社會(huì)存在和發(fā)展必不可缺的動(dòng)力,而面對(duì)全球經(jīng)濟(jì)和人口增長(zhǎng)的能源需求,傳統(tǒng)能源的日益枯竭,發(fā)展清潔可再生能源是人類可持續(xù)發(fā)展的唯一出路。風(fēng)電是改善能源結(jié)構(gòu),應(yīng)對(duì)氣候變化的重要選擇,所以,風(fēng)能作為一種清潔可再生能源受到了世界各國(guó)的關(guān)注。中國(guó)為應(yīng)對(duì)全球氣候變化,履行節(jié)能減排義務(wù),已大力發(fā)展此項(xiàng)技術(shù)。與此同時(shí),中國(guó)幅員遼闊,可開發(fā)的風(fēng)能資源儲(chǔ)備極為豐富,截止到2014年,中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好,新增風(fēng)電裝機(jī)量刷新歷史記錄。中國(guó)已成為風(fēng)電大國(guó)。但是,由于風(fēng)電場(chǎng)大多選址比較空曠,這樣也就增加了被雷擊的風(fēng)險(xiǎn),雷擊就成為威脅風(fēng)力發(fā)電及安全運(yùn)行的最大天敵。所以,防御雷電襲擊,是保障風(fēng)電安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

        1 阜新地區(qū)風(fēng)電概述

        阜新位于遼寧的西部,屬溫帶季風(fēng)氣候區(qū),四季分明,雨熱同期,光照充足,常年多風(fēng)。當(dāng)?shù)亓鱾髦稳莨物L(fēng)時(shí)間長(zhǎng)的這么一句諺語:“一年刮兩次,一次刮半年”。根據(jù)我國(guó)風(fēng)能資源分布特征,風(fēng)能資源豐富區(qū)主要集中在兩大區(qū)域,一個(gè)是由西北、華北、東北地區(qū)組成的“三北風(fēng)帶”,另一個(gè)是由沿海各省海岸線區(qū)域組成的“東部沿海風(fēng)帶”。阜新市位于“三北風(fēng)帶”內(nèi),屬風(fēng)能資源豐富區(qū),是風(fēng)能資源網(wǎng)絡(luò)中的“黃金點(diǎn)”,發(fā)展風(fēng)力資源擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。從2001年起,阜新開始著手風(fēng)力發(fā)電前期工作。截至目前,阜新已設(shè)立測(cè)風(fēng)塔123處,測(cè)風(fēng)點(diǎn)分布密度在全省乃至全國(guó)最大,為阜新風(fēng)能資源評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。

        2 風(fēng)力發(fā)電原理及電機(jī)結(jié)構(gòu)

        風(fēng)力發(fā)電的原理,是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn),再通過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升,來促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)電設(shè)備,主要由風(fēng)葉、機(jī)艙和風(fēng)塔三大部分組成。風(fēng)葉是由兩支或兩支以上的螺旋槳性葉片所組成,它主要作用是將風(fēng)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。機(jī)艙里主要由風(fēng)輪軸、齒輪箱和發(fā)電機(jī)等組成,主要作用是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。為了獲取一定高度和均勻的風(fēng)力,需要建立風(fēng)塔來支撐以上部件,所以一般風(fēng)塔修建的比較高,而它的高度也是由地面障礙物對(duì)風(fēng)速的影響和風(fēng)輪的直徑?jīng)Q定的。

        3 雷電防護(hù)

        3.1 外部防雷保護(hù)

        (1)接閃器

        風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中最高部分就是葉片,所以接閃器應(yīng)預(yù)先布置在葉片的預(yù)計(jì)雷擊點(diǎn)處以接閃雷擊電流。葉片上的接閃器通過金屬連接帶連接到中間部位。對(duì)于機(jī)艙內(nèi)的滾珠軸承,為了避免雷電在通過軸承是引起焊接效應(yīng),應(yīng)將其兩端通過碳刷或者放電間隙橋接起來。機(jī)艙罩一般采用非導(dǎo)電材料制成,在機(jī)艙表面內(nèi)敷設(shè)一圈環(huán)形的接閃帶,同時(shí)考慮到葉片是旋轉(zhuǎn)的,機(jī)艙蓋后緣安裝接閃桿,與接閃帶相互連接。

        (2)引下線

        如果風(fēng)機(jī)塔身為金屬的,可直接用其塔身作為引下線,不再另行敷設(shè);但是如果風(fēng)機(jī)塔身為混凝土的,則需要在塔身采用暗傅引下線辦法(選材:鍍鋅圓鋼φ8~10mm,或者鍍鋅扁鋼30mm×3.5mm)。

        (3)接地系統(tǒng)

        風(fēng)電機(jī)組的接地系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)防雷保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵部位。風(fēng)塔塔基的接地極可作為風(fēng)機(jī)的接地地網(wǎng)來使用,塔基的地網(wǎng)應(yīng)和控制室的地網(wǎng)相連接,形成一個(gè)等電位連接帶。地網(wǎng)可采用水平接地和垂直接地公共組成,水平環(huán)形接地采用40mm×4mm扁鋼沿塔基外圍敷設(shè),垂直接地采用埋入φ25mm的鍍鋅圓鋼。塔身周邊每隔12m與接地網(wǎng)連接,同時(shí)與塔基混凝土內(nèi)鋼筋連接[1]。

        3.2 內(nèi)部防雷保護(hù)

        (1)等電位連接

        等電位連接能有效的減少部件之間存在的電位差,在內(nèi)部防雷系統(tǒng)中占據(jù)著重要的位置。在風(fēng)機(jī)的等電位連接系統(tǒng)中,把信號(hào)、電源線路和金屬管線都進(jìn)行可靠的等電位連接[2],以敷設(shè)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的水平環(huán)形接地體作為總等電位接地端子板,以及控制室基礎(chǔ)的一圈水平接地體作為總等電位連接端子板,最后把風(fēng)機(jī)和控制室采用熱鍍鋅扁鋼相互連接,設(shè)置在風(fēng)機(jī)塔身內(nèi)部子上,材料均為銅制并相互連接。采用多股絕緣銅導(dǎo)線從控制室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。

        (2)屏蔽系統(tǒng)

        屏蔽系統(tǒng)主要是利用屏蔽的方法來減少電磁干擾。由于機(jī)艙包含著風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備,包括齒輪箱、發(fā)電機(jī)等,這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)封閉的金屬屏蔽體,使之相對(duì)于外部,它的電磁場(chǎng)應(yīng)得到極大的衰減。因?yàn)闄C(jī)艙內(nèi)的電子、電氣設(shè)備都是由金屬制成的,所以,與其相連接的電纜也應(yīng)配備相應(yīng)的外部連接和屏蔽,并具有雷電流的承載能力。最后這些屏蔽都應(yīng)該與等電位系統(tǒng)連接起來。

        (3)浪涌保護(hù)器

        對(duì)于過電壓保護(hù),采用多級(jí)防護(hù),層層設(shè)防的原則[3]。第一級(jí)防護(hù):在機(jī)艙內(nèi)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):在塔身內(nèi)輔助需求末端安裝第二級(jí)浪涌保護(hù)器;第三極防護(hù):在機(jī)艙電源處及塔身內(nèi)基礎(chǔ)電源處安裝第三級(jí)浪涌保護(hù)器。對(duì)于信號(hào)系統(tǒng),在機(jī)艙傳感器和制動(dòng)器模擬數(shù)據(jù)輸入和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。

        (4)合理布線

        要盡可能的減小閃電感應(yīng),在風(fēng)電機(jī)組布線時(shí)要盡可能短而直,且靠近承載雷電流的構(gòu)建;敏感的線路應(yīng)特殊處理,同時(shí),要設(shè)置多個(gè)行通道,使電流最小,并盡可能將線路靠近電流密度小的導(dǎo)體;利用多重搭接或者將搭接長(zhǎng)度降至最短來減小電差。

        4 結(jié)語

        雷電災(zāi)害是影響風(fēng)力發(fā)電正常運(yùn)行的不穩(wěn)定因素,為保障風(fēng)電安全運(yùn)行,對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)進(jìn)行防雷技術(shù)研究是防雷研究領(lǐng)域中不可或缺的部分。本文對(duì)阜新地區(qū)風(fēng)力發(fā)電防雷技術(shù)進(jìn)行綜合分析,采用合理適當(dāng)?shù)姆览状胧┎拍軠p小雷電災(zāi)害對(duì)風(fēng)力發(fā)電造成的損失,同時(shí)還要不斷認(rèn)清風(fēng)電雷擊的嚴(yán)重性,加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電防雷技術(shù)的優(yōu)化,提高風(fēng)電防雷的重視度,減少財(cái)產(chǎn)損失和排除人員安全隱患,保障風(fēng)電事業(yè)的安全發(fā)展。

        [1]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-2010)[S].北京:中國(guó)建筑出版社,2010.

        [2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組規(guī)范[R].北京:中國(guó)船級(jí)社,2008.

        [3]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》(GB50 343-2004)[S].北京:中國(guó)建筑出版社,2004.

        TM315

        A

        1004-7344(2016)05-0276-01

        2016-2-5

        謝媛,女,遼寧黑山人,助理工程師,學(xué)士,研究方向?yàn)槔纂姺烙?/p>

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