司松

【摘??要】近些年，我國的科學技術不斷進步，本文對風力發(fā)電系統(tǒng)防雷技術進行分析，需要基于其生產運行特點進行研究，明確雷電災害對風力發(fā)電系統(tǒng)運行狀態(tài)的影響。以降低雷電災害事故為根本，對原有防雷技術應用存在的不足和缺陷進行分析，提出具有針對性的應對策略，確保能夠維持整個系統(tǒng)的安全可靠運行。本文主要對風力發(fā)電系統(tǒng)防雷技術改進策略進行了簡單分析。

【關鍵詞】風力發(fā)電系統(tǒng);防雷技術;雷電災害

引言：作為一種新型的節(jié)能技術，風力發(fā)電系統(tǒng)在滿足人們對電力的需求等方面發(fā)揮了重要作用。但是這一技術在應用的過程中容易受到雷電的襲擊，進而直接影響了電力系統(tǒng)的正常運行，為人們的生活和生產帶來不便。為了進一步提高風力發(fā)電系統(tǒng)的使用效率，避免雷電災害的襲擊，就要做好防雷技術。通過利用有效的技術手段規(guī)避雷電造成的不良影響，為提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性奠定良好的基礎。

1、雷電災害分析

針對風力發(fā)電系統(tǒng)來講，因為需要以風力資源作為生產根本，必須要建設在野外空曠區(qū)域，并且葉片均保持較高高度，這樣就決定了其更容易受到雷擊影響。葉片為雷擊的主要對象一般情況下雷擊損害主要集中在葉尖部位，很少會造成整個葉片損壞，其成本非常高，被損壞需要花費較多費用進行維修甚至換新。當葉片遭受雷擊后，會釋放出大量的能量，過大雷電流會促使葉尖結構內部溫度急劇升高，水分受熱汽化膨脹，產生較大的機械力，而導致葉尖結構破裂損壞，部分情況下甚至會造成整個葉片開裂。或者是雷擊時伴隨的巨大聲波，導致葉片結構受到損壞。面對雷擊對葉片造成的不良影響，必須要加強對風力發(fā)電系統(tǒng)的防雷設計，避免葉片被損壞，維持系統(tǒng)的正常運行。

2、風力發(fā)電系統(tǒng)防雷技術要點

分析當前雷電引起的多起風力發(fā)電設備的損壞可知，其引起損壞的原因大部分都是雷電導致的葉片溫度升高，進而產生內部電磁場的變化，致使物體擊穿擊斷。因此，風力發(fā)電機避免受到雷擊的關鍵是要確保電流的安全通過，并且可以釋放的大地。防雷措施可分為外部防雷措施和內部防雷措施。

2.1外部系統(tǒng)防雷

2.1.1葉片、機航、塔架防雷

電力發(fā)電設備在外部的主要構件為葉片、塔架以及機航，做好這些構件的防雷設施尤為重要。受到雷電襲擊時，葉片會因溫度的升高、內部氣體膨脹而產生爆炸，嚴重時會造成整個設備的燒毀。為了避免這一現象，可以在葉尖頂部設置排水管，即可以將其受到雷擊后內部產生的濕氣排出，避免了氣體的膨脹。此外，葉片本身是具有導電性的裝置，但是并不是本身的導電性越小而被雷電襲擊的可能性就越小，雷電對于整個設備的損害取決于葉片的形式。因此，可以在葉尖頂部安裝接閃器。這一設備具有導電的功能，可以在葉片受到襲擊時捕捉閃電，然后將這些雷電引入大地，避免了雷電直接對葉片造成的損害。此外，在機艙的頂部安裝避雷針是避免風速計以及風標被損壞的重要措施，通過專門設置的引下線將機艙以及塔頂做好連接，雷擊發(fā)生時并不會被電流損壞，從而可以將雷電擊中的電流順利地引入到大地。

2.1.2接地網

接地網是經常用于防雷電的裝置，是直接與大地相連，將雷電導入到地下的裝置，其接地的性能直接影響了其能否將受到襲擊的電流引入到地下。風力發(fā)電系統(tǒng)受到本身功能的影響，一般所處的區(qū)域的土壤具有較高電阻率，并且土壤的分散性強，因此不能通過降阻劑或者更換土壤等方法解決雷擊問題。只能選擇在塔架周圍放置一個與塔架相連接的銅質環(huán)形導體。一般這一導體需要距離塔架0.5m處，其本身的半徑需要根據當前的土壤環(huán)境等參數予以確定。需注意，對于垂直接地極的選用，最好是選擇銅包鋼的材質，數量應該具體情況確定，一般為8～16根為宜，將他們均勻地焊接于水平接地極上。

2.2內部系統(tǒng)防雷

2.2.1屏蔽隔離

采取屏蔽隔離的方法來降低元件之間的電磁耦合影響，一般可以通過光纖電纜來連接機艙上處理器與地面控制器，而對于處理器和傳感器來講，則需要應用分開供電的直流電源。就實際處理效果來看，可靠的屏蔽隔離可以保證較高質量的信號傳輸。

2.2.2等電位連接

就歷史數據來看，風速計、風標等也是容易遭受雷擊的關鍵部位，這樣為向其提供可靠保護，可以采取等電位連接的方法處理。將容易遭受直擊雷影響的部位與避雷針進行等電位接地，尤其是機艙內所有金屬設備和外部導體，與機艙主框連接作為等電位，與接地裝置可靠連接。并且基礎接地體與環(huán)形接地體頂端接線夾需要接入到塔架內部，與標記的等電位連接帶進行連接，提高防雷保護效果。

2.2.3過電壓保護

基于不同電磁兼容性保護區(qū)的劃分以及SPD原理，可對塔架底部控制柜內進線安裝B+C級SPD。而對于通信信號線路塔筒到機艙控制柜的兩端，如果應用的為金屬導線，可以選擇增設信號系統(tǒng)保護器;而如果應用的為光纖傳輸，則可以選擇對光纖鎧裝金屬層來可靠接地。對于風向標、風速儀及環(huán)境溫度傳感器等測控信號線路，則可以選擇在控制柜內增設保護器。

2.2.4引下線

選擇引下線的方式來將雷電流導入地下，以免對系統(tǒng)結構造成損壞。一般可以選擇風電機組葉片中金屬網格、鋼絲與電機組葉片邊角作為引下線設計，且要求葉片表面金屬導體必須要具有足夠大的斷面，能夠承受直擊雷影響，在不被損壞的情況下將雷電流導入地下。引下線為比較常見的一種防雷保護技術，在葉片尖端安裝離散接閃器，對葉尖結構提供保護。內部引下線系統(tǒng)能夠將雷電流從葉尖接閃器部位引到葉片根部位置，并且因為葉片根部設置與接地體的連接，最終可以將雷電流導入地下，確保葉片可靠運行。

2.3主動避讓雷電

加強雷電的預警，當雨云進入風電場時，風機及時停止工作，并使風機槳葉停在最不容易接閃的位置，如相對水平處，這樣就可以大大減小槳葉被雷電擊中的可能。因風機在工作時的運轉較快，尤其是暴風雨來臨時，其運轉速度更快。運轉中的風機，第一易于接閃，第二葉片和機艙處于旋轉狀態(tài)時，不易導流，第三風機在靜止狀態(tài)和快速轉動情況下被雷電擊中被破壞的程度差別極大，槳葉快速運轉時，其動量和慣性都很大，遇上雷電強大的機械作用和熱作用，很可能將風葉徹底破壞，而風葉在靜止狀態(tài)下接閃，則造成的破壞一般較小，修復容易，費用較低。另外，在風機遭遇雷擊時，及時地切斷電子電氣線路，也可防止雷電形成的過電壓通過線路傳到相鄰風電機組，使其遭受損壞。

3、結語

雷電災害是影響風力發(fā)電綜合效率的重要原因，一直都是重點研究對象，需要在前期設計階段做好可靠的防雷保護處理，通過多種保護措施的相互配合，將雷擊災害產生的影響控制到最小，為風力發(fā)電系統(tǒng)的可靠運行提供可靠保障。雖然現在可以選擇的防雷保護技術越來越多，但是為滿足風力發(fā)電實際需求，還需要在現有基礎上持續(xù)研究。

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（作者單位：遼寧龍源新能源發(fā)展有限公司）