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1、葉片防雷設計報告1概述1.1風機的防雷特點 電閃雷鳴釋放的巨大能量，會造成風機葉片爆裂、電氣絕緣擊穿、自動化控制和通信元件燒毀……1.1.1一般雷擊率 在年均10雷電日地區(qū)，建筑物高度h與一般雷擊率n的關系見表1。1.1.2??環(huán)境 風力發(fā)電特點是：風機分散安置在曠野，大型風機葉片高點（輪轂高度加風輪半徑）達60～70m，易受雷擊；風力發(fā)電機組的電氣絕緣低（發(fā)電機電壓690V、大量使用自動化控制和通信元件）。因此，就防雷來說，其環(huán)境遠比常規(guī)發(fā)電機組的環(huán)境惡劣。1.1.3嚴重性 風力發(fā)電機組是風電場的貴重設備，
2、價格占風電工程投資60%以上。若其遭受雷擊（特別是葉片和發(fā)電機貴重部件遭受雷擊），除了損失修復期間應該發(fā)電所得之外，還要負擔受損部件的拆裝和更新的巨大費用。丹麥LM公司資料介紹：1994年，害損壞超過6%，修理費用估計至少1500萬克朗(當年丹麥裝機540MW，平均2.8萬克朗/MW)。按LM公司估計，世界每年有1%～2%的轉輪葉片受到雷電襲擊。葉片受雷擊的損壞中，多數在葉尖是容易被修補的，但少數情況則要更換整個葉片。雷擊風機常常引起機電系統(tǒng)的過電壓，造成風機自動化控制和通信元件的燒毀、發(fā)電機擊穿、電氣設備損壞等事故
3、。所以，雷害是威脅風機安全經濟運行的嚴重問題。1.2葉片防雷研究 雷擊造成葉片損壞的機理是：雷電釋放巨大能量，使葉片結構溫度急劇升高，分解氣體高溫膨脹，壓力上升造成爆裂破壞?！ ∶绹沧兲匦匝芯吭河萌斯る姇灠l(fā)生器，在全復合材料的葉片做雷擊試驗，高電壓、長電弧沖擊（3．5MV，20kA）加在無防雷設置的葉片上，結論是葉片必須加裝防雷裝置。 TACKE公司設計了玻璃鋼防雷葉片（圖1），葉片頂端鉚裝一個不銹鋼葉尖，用銅絲網貼在葉片兩面，將葉尖與葉根連為一導電體。銅絲網一方面可將葉尖的雷電引導至大地，也防止雷擊葉片主體。
4、????????????????????????丹麥LM公司于1994年獲得葉片防雷的科研項目，由丹麥能源部資助，包括丹麥研究院雷電專家、風機生產廠、工業(yè)保險業(yè)、風電場和商業(yè)組織在內，目的在于調查研究雷電導致葉片損害，開發(fā)安全耐用的防雷葉片。研究人員在實驗室進行一系列的仿真測試，電壓達1．6MV，電流到200kA，進行雷電沖擊，驗證葉片結構能力和雷電安全性。研究表明：不管葉片是用木頭或玻璃纖維制成，或是葉片包導電體，雷電導致?lián)p害的范圍取決于葉片的形式。葉片全絕緣并不減少被雷擊的危險，而且會增加損害的次數。研究還表明：
5、多數情況下被雷擊的區(qū)域在葉尖背面（或稱吸力面）。在研究的基礎上，LM葉片防雷性能得到了發(fā)展，在葉尖裝有接閃器（圖2）捕捉雷電，再通過葉片內腔導引線使雷電導入大地，約束雷電，保護葉片，設計簡單和耐用。如果接閃器或傳導系統(tǒng)附件需要更換，只是機械性的改換。1.1雷害資料數據1.1.1我國個別案例 1995年8月，浙江蒼南風電場1臺FD16型55kW風機受雷擊，從葉尖到葉根開裂損壞報廢。我國各風場的雷害，沒有統(tǒng)計資料。1.1.2丹麥和德國統(tǒng)計的雷擊數據1.1.2.1風機雷擊率 丹麥1200臺、德國1400臺風機遭雷擊數據
6、見表2。德國雷擊率比丹麥高出1倍。除了地點不同，收集時間短(一般認為需要15a),或許有德國的風機平均總高度44．3m比丹麥的35．5m高等因素。1.1.2.2雷擊地區(qū)分布 德國1992～1995年雷擊地區(qū)分布數據見表3。1.1.1.1受雷擊損壞部位 德國和丹麥風機受雷擊損壞部位數據見表4。1.1.1.2?影響利用率 德國和丹麥因風機受雷擊損壞造成損失的天數見表5。1.1.1.3影響發(fā)電量 因風機受雷擊損壞不同部位所影響的發(fā)電量（丹麥）見表6。1.1.1.4修理費用 用在修復受雷擊損壞的風機上的費用（德國）
7、見表7。1.1.1.1德國資料記錄雷擊停機后可再次順利啟動的大約占10．5%，說明防雷保護的作用。1.1.1.2統(tǒng)計資料分析通過上述統(tǒng)計資料分析，可以認為： ??a）德國、丹麥統(tǒng)計數據說明風機遭雷擊概率高，估計我國多雷地區(qū)會更嚴重；????b）安裝在高山的風機，比在低地和海邊更容易受雷擊； ??c）控制系統(tǒng)損壞率最高，是雷害薄弱環(huán)節(jié)，電氣系統(tǒng)和發(fā)電機損壞概率也不低，說明雷電造成的過電壓必須引起重視； d）葉片損壞造成損失電量最多、修理費用最大；e）德國記錄雷擊停機后有大約10．5%可再次順利啟動，很值得進一步研究。
8、1.2防雷標準及地電阻要求 現代的雷電保護，可分為外部雷電保護和內部的雷電保護兩部分。按照IEC1024－1標準，以雷電5個重要參數，確定保護水平分I～IV級（表8）。如今，風機葉片（如LM葉片）的防雷，是按照IEC1024－1的Ⅰ級保護水平設計，并通過有關型式試驗，所以，葉片避免直擊雷的破壞大有改善。當外部直擊雷打到葉片，將雷電引導入大地也
