尹俊磊

（大理州氣象局 云南 大理 671000）

摘 要： 雷擊造成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組損害已經(jīng)成為了一個(gè)公認(rèn)的危害風(fēng)力發(fā)電安全運(yùn)行的問(wèn)題，目前隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)量的增多，使得雷擊破壞發(fā)生率比預(yù)期的有所擴(kuò)大，導(dǎo)致維修費(fèi)用已經(jīng)達(dá)到了不可接受的水平，嚴(yán)重的影響了風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的健康發(fā)展。以下就對(duì)雷暴天氣對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的危害進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)接地系統(tǒng)防雷、機(jī)組葉片防雷、軸承防雷、機(jī)艙防雷及機(jī)組中設(shè)置電涌保護(hù)器等關(guān)鍵技術(shù)等風(fēng)力發(fā)電防雷關(guān)鍵技術(shù)及研究進(jìn)展進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞： 風(fēng)力發(fā)電；雷擊；防雷技術(shù)

我國(guó)是風(fēng)電資源大國(guó)，風(fēng)力發(fā)電在我國(guó)占據(jù)著重要的位置。因此，確保風(fēng)力發(fā)電安全、有效的進(jìn)行是一項(xiàng)十分重要的工作。然而據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，影響風(fēng)力發(fā)電安全、有效進(jìn)行的主要事故中，雷擊事故占據(jù)著較高的比例，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)雷擊造成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組事故占到了總事故的30%以上[1]。且由雷擊造成的事故，在后期恢復(fù)生產(chǎn)過(guò)程中所需的維修費(fèi)用巨大，給風(fēng)力發(fā)電帶來(lái)了極大的危害。因此，積極的研究風(fēng)力發(fā)電防雷關(guān)鍵技術(shù)，最大程度上降低由于雷擊事故帶來(lái)的損害，是當(dāng)前的一項(xiàng)重要任務(wù)。以下就對(duì)風(fēng)力發(fā)電防雷關(guān)鍵技術(shù)及其研究進(jìn)展進(jìn)行了分析和闡述，以期為提高風(fēng)力發(fā)電防雷水平提供參考。

1雷暴天氣對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的危害

雷暴天氣對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的危害，來(lái)自于直接損害和間接損害兩個(gè)方面，直接損害主要是由于雷電流對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的產(chǎn)生的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。損害的主要對(duì)象是葉片、機(jī)械結(jié)構(gòu)和軸承等；間接損害主要是雷電電磁感應(yīng)和電涌過(guò)電壓效應(yīng)。在雷暴天氣的侵襲之下，由雷電流引起的暫態(tài)電位升高，一方面會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的電子設(shè)備、電氣設(shè)備造成損害，另一方面還會(huì)對(duì)處在風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)中的工作人員，以及其中放牧的牲畜造成傷害?？绮诫妷阂簿褪怯衫纂娏饕鸬臅簯B(tài)電位升高，是損害風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要原因[2]。跨步電壓越大對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的危害越大，而跨步電壓的大小則是受到多方面因素的影響的，主要包括的因素有接地體的結(jié)構(gòu)尺寸、土壤的電阻率、雷電流幅值等。就拿土壤電阻率來(lái)說(shuō)，對(duì)于電阻率較小的土壤，由于其地電位分布特性曲線變化比較平緩，因此地面上兩點(diǎn)之間的電位差相對(duì)較小，當(dāng)受到雷電流襲擊時(shí)，產(chǎn)生的跨步電壓也就比較小。反之，則產(chǎn)生的跨步電壓就較大[3]。

2 風(fēng)力發(fā)電防雷關(guān)鍵技術(shù)及研究進(jìn)展

2.1接地系統(tǒng)防雷

接地系統(tǒng)是否做了充分的防雷設(shè)計(jì)是確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電子安全與工作人員人身安全的保障。從防雷來(lái)看，不管是避雷針、避雷器還是電涌保護(hù)器，這些防雷裝置均需要接地處理，只有通過(guò)良好的接地處理，才能夠?qū)⑵涫艿降睦纂娏鱾鞯饺氲亍Ｒ虼?，加?qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各個(gè)避雷裝置的接地，才能夠使其發(fā)揮良好的保護(hù)作用，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的防雷效果。

2.2機(jī)組葉片防雷

目前隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，導(dǎo)致機(jī)組葉片的長(zhǎng)度也隨之增加。而當(dāng)機(jī)組葉片的長(zhǎng)度超過(guò)20m之后，傳統(tǒng)的單接閃器聯(lián)合內(nèi)置導(dǎo)體的防雷方式就無(wú)法滿足防雷需求，一旦遇到雷擊可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)目較大的非閃器部位雷擊點(diǎn)，從而導(dǎo)致機(jī)組葉片遭受到雷擊的概率大大提升，防雷可靠性急劇下降。鑒于此，為了避免這種情況，在實(shí)際中，對(duì)于長(zhǎng)度超過(guò)20m的機(jī)組葉片，需在其上設(shè)置多個(gè)接閃器，并且將各個(gè)接閃器與內(nèi)置引下導(dǎo)體作電氣連接。通過(guò)這樣的技術(shù)處理，能夠顯著的提升機(jī)組葉片的防雷可靠性，提升機(jī)組運(yùn)行安全度。該技術(shù)目前已經(jīng)在兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片上投入使用，并且取得了較為理想的防雷效果[4]。

2.3軸承防雷

軸承防雷的主要技術(shù)就是在軸承前端設(shè)計(jì)一條與其并行的低阻通道，以此來(lái)對(duì)沿軸承傳來(lái)的雷電流進(jìn)行旁路分流，最大程度上減少流過(guò)軸承的雷電流。目前，在實(shí)際的應(yīng)用中為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)，使用最多的是導(dǎo)體滑環(huán)、電刷和放電器等設(shè)置電流旁路。但是在實(shí)際的應(yīng)用的過(guò)程中，存在一個(gè)問(wèn)題，那就是碳刷在摩擦接觸傳到雷電流時(shí)會(huì)在其上產(chǎn)生電弧，從而加劇其磨損程度，導(dǎo)致接觸電阻增大，減弱旁路分流作用，對(duì)軸承的防雷保護(hù)性也隨之降低。鑒于這一問(wèn)題，可將傳統(tǒng)的碳刷改為磨損性能更加的銅質(zhì)電刷。

2.4機(jī)艙防雷

在通常情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組葉片上做設(shè)置的接閃器和引下導(dǎo)體就能夠很好的將來(lái)自發(fā)電機(jī)機(jī)艙前方和上方的雷電進(jìn)行攔截并下行先導(dǎo)，這是在60m以下的情況。但是當(dāng)超過(guò)60m以上，雷電就能夠從任何方向?qū)Πl(fā)電機(jī)機(jī)艙進(jìn)行襲擊，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)機(jī)艙防雷能力減弱。為了解決這一問(wèn)題，就需要在發(fā)電機(jī)機(jī)艙的尾部安裝避雷針，一方面能夠很好地對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)艙尾部的氣象站實(shí)施保護(hù)，另一方面能夠避免發(fā)電機(jī)機(jī)艙尾部遭受直接的雷擊，提高防雷效果。而對(duì)于發(fā)電機(jī)機(jī)組葉片上沒(méi)有采取防雷措施和防雷裝置的機(jī)組，單純?cè)诎l(fā)電機(jī)機(jī)艙尾部設(shè)置避雷針的方式就無(wú)法滿足防雷要求，而是需要在發(fā)電機(jī)機(jī)艙前端及尾部，同時(shí)均設(shè)置避雷針，才能夠確保發(fā)電機(jī)機(jī)艙的防雷可靠性。并且在必要時(shí)，還需在發(fā)電機(jī)機(jī)艙的表面放置金屬帶和金屬網(wǎng)，進(jìn)一步加強(qiáng)發(fā)電機(jī)機(jī)艙的雷電防御效果。

2.5機(jī)組中設(shè)置電涌保護(hù)器

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中設(shè)置電涌保護(hù)器是雷電防護(hù)的基本措施，作用是把竄入電力線、信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過(guò)電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，保護(hù)設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞，電涌保護(hù)器根據(jù)其具體的功能分為電源電涌保護(hù)器和信號(hào)電涌保護(hù)器兩大類，其中的電源電涌保護(hù)器是通過(guò)設(shè)置在電力線路上發(fā)揮防雷作用的；而其中的信號(hào)電涌保護(hù)器則是通過(guò)設(shè)置在信號(hào)線路上發(fā)揮防雷作用的。通過(guò)電涌保護(hù)器的應(yīng)用能夠有效地防止雷電電涌沿著顯露侵害端的電氣設(shè)備和電子設(shè)備。

3 小結(jié)

綜上所述，只有從風(fēng)力發(fā)電的機(jī)組葉片接閃分流措施、機(jī)電系統(tǒng)抗雷電過(guò)電壓及接地系統(tǒng)等環(huán)節(jié)入手，深入研究其關(guān)鍵風(fēng)雷技術(shù)并進(jìn)行應(yīng)用，才能夠顯著提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的防雷可靠性，促使風(fēng)力發(fā)電安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]阿依古麗·買買提，張偉.試論風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制方法改進(jìn)策略研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2014（06）.

[2]梅衛(wèi)群，江燕如，建筑防雷工程與設(shè)計(jì)[M].氣象出版社，2012.

[3]IEC TR 61400-24：2002，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組第 24 部分雷電防護(hù)[S].

[4]鄢小安，賈民平. 參數(shù)優(yōu)化的組合形態(tài)-hat變換及其在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷中的應(yīng)用[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2016（13）.