《風(fēng)電防雷接地》word版.doc

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1、風(fēng)電防雷接地1風(fēng)機(jī)的防雷特點(diǎn)　　電閃雷鳴釋放的巨大能量，會(huì)造成風(fēng)機(jī)葉片爆裂、電氣絕緣擊穿、自動(dòng)化控制和通信元件燒毀……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(guān)系見表1。1.2環(huán)境　　風(fēng)力發(fā)電特點(diǎn)是：風(fēng)機(jī)分散安置在曠野，大型風(fēng)機(jī)葉片高點(diǎn)（輪轂高度加風(fēng)輪半徑）達(dá)60～70m，易受雷擊；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電氣絕緣低（發(fā)電機(jī)電壓690V、大量使用自動(dòng)化控制和通信元件）。因此，就防雷來(lái)說(shuō)，其環(huán)境遠(yuǎn)比常規(guī)發(fā)電機(jī)組的環(huán)境惡劣。1.3嚴(yán)重性　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的貴重設(shè)備，價(jià)格占風(fēng)電工

2、程投資60%以上。若其遭受雷擊（特別是葉片和發(fā)電機(jī)貴重部件遭受雷擊），除了損失修復(fù)期間應(yīng)該發(fā)電所得之外，還要負(fù)擔(dān)受損部件的拆裝和更新的巨大費(fèi)用。丹麥LM公司資料介紹：1994年，害損壞超過6%，修理費(fèi)用估計(jì)至少1500萬(wàn)克朗(當(dāng)年丹麥裝機(jī)540MW，平均2.8萬(wàn)克朗/MW)。按LM公司估計(jì)，世界每年有1%～2%的轉(zhuǎn)輪葉片受到雷電襲擊。葉片受雷擊的損壞中，多數(shù)在葉尖是容易被修補(bǔ)的，但少數(shù)情況則要更換整個(gè)葉片。雷擊風(fēng)機(jī)常常引起機(jī)電系統(tǒng)的過電壓，造成風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制和通信元件的燒毀、發(fā)電機(jī)擊穿、電氣設(shè)備損壞

3、等事故。所以，雷害是威脅風(fēng)機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的嚴(yán)重問題。2葉片防雷研究　　雷擊造成葉片損壞的機(jī)理是：雷電釋放巨大能量，使葉片結(jié)構(gòu)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?guó)瞬變特性研究院用人工電暈發(fā)生器，在全復(fù)合材料的葉片做雷擊試驗(yàn)，高電壓、長(zhǎng)電弧沖擊（3．5MV，20kA）加在無(wú)防雷設(shè)置的葉片上，結(jié)論是葉片必須加裝防雷裝置?！　ACKE公司設(shè)計(jì)了玻璃鋼防雷葉片（圖1），葉片頂端鉚裝一個(gè)不銹鋼葉尖，用銅絲網(wǎng)貼在葉片兩面，將葉尖與葉根連為一導(dǎo)電體。銅絲網(wǎng)一方面可將葉尖的雷電引導(dǎo)至大地，

4、也防止雷擊葉片主體。丹麥LM公司于1994年獲得葉片防雷的科研項(xiàng)目，由丹麥能源部資助，包括丹麥研究院雷電專家、風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠、工業(yè)保險(xiǎn)業(yè)、風(fēng)電場(chǎng)和商業(yè)組織在內(nèi)，目的在于調(diào)查研究雷電導(dǎo)致葉片損害，開發(fā)安全耐用的防雷葉片。研究人員在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行一系列的仿真測(cè)試，電壓達(dá)1．6MV，電流到200kA，進(jìn)行雷電沖擊，驗(yàn)證葉片結(jié)構(gòu)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(dǎo)電體，雷電導(dǎo)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(xiǎn)，而且會(huì)增加損害的次數(shù)。研究還表明：多數(shù)情況下

5、被雷擊的區(qū)域在葉尖背面（或稱吸力面）。在研究的基礎(chǔ)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(nèi)腔導(dǎo)引線使雷電導(dǎo)入大地，約束雷電，保護(hù)葉片，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單和耐用。如果接閃器或傳導(dǎo)系統(tǒng)附件需要更換，只是機(jī)械性的改換。3雷害資料數(shù)據(jù)3.1我國(guó)個(gè)別案例　　1995年8月，浙江蒼南風(fēng)電場(chǎng)1臺(tái)FD16型55kW風(fēng)機(jī)受雷擊，從葉尖到葉根開裂損壞報(bào)廢。　　我國(guó)各風(fēng)場(chǎng)的雷害，沒有統(tǒng)計(jì)資料。3.2丹麥和德國(guó)統(tǒng)計(jì)的雷擊數(shù)據(jù)3.2.1風(fēng)機(jī)雷擊率　　丹麥1200臺(tái)、德國(guó)1400臺(tái)風(fēng)機(jī)遭雷擊數(shù)據(jù)見表

6、2。德國(guó)雷擊率比丹麥高出1倍。除了地點(diǎn)不同，收集時(shí)間短(一般認(rèn)為需要15a),或許有德國(guó)的風(fēng)機(jī)平均總高度44．3m比丹麥的35．5m高等因素。3.2.2雷擊地區(qū)分布　　德國(guó)1992～1995年雷擊地區(qū)分布數(shù)據(jù)見表3。3.2.3受雷擊損壞部位　　德國(guó)和丹麥風(fēng)機(jī)受雷擊損壞部位數(shù)據(jù)見表4。3.2.4影響利用率　　德國(guó)和丹麥因風(fēng)機(jī)受雷擊損壞造成損失的天數(shù)見表5。3.2.5影響發(fā)電量　　因風(fēng)機(jī)受雷擊損壞不同部位所影響的發(fā)電量（丹麥）見表6。3.2.6修理費(fèi)用　　用在修復(fù)受雷擊損壞的風(fēng)機(jī)上的費(fèi)用（德國(guó)）見表7。

7、3.2.7德國(guó)資料記錄　　雷擊停機(jī)后可再次順利啟動(dòng)的大約占10．5%，說(shuō)明防雷保護(hù)的作用。3.2.8統(tǒng)計(jì)資料分析通過上述統(tǒng)計(jì)資料分析，可以認(rèn)為：　　a）德國(guó)、丹麥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)明風(fēng)機(jī)遭雷擊概率高，估計(jì)我國(guó)多雷地區(qū)會(huì)更嚴(yán)重；b）安裝在高山的風(fēng)機(jī)，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(jī)損壞概率也不低，說(shuō)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(fèi)用最大；　　e）德國(guó)記錄雷擊停機(jī)后有大約10．5%可再次順利啟動(dòng)，很值得進(jìn)一步研究。4

8、防雷標(biāo)準(zhǔn)及地電阻要求　　現(xiàn)代的雷電保護(hù)，可分為外部雷電保護(hù)和內(nèi)部的雷電保護(hù)兩部分。按照IEC1024－1標(biāo)準(zhǔn)，以雷電5個(gè)重要參數(shù)，確定保護(hù)水平分I～I(xiàn)V級(jí)（表8）。如今，風(fēng)機(jī)葉片（如LM葉片）的防雷，是按照IEC1024－1的Ⅰ級(jí)保護(hù)水平設(shè)計(jì)，并通過有關(guān)型式試驗(yàn)，所以，葉片避免直擊雷的破壞大有改善。當(dāng)外部直擊雷打到葉片，將雷電引導(dǎo)入大地也不難。但是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在離地40～50m機(jī)艙內(nèi)的設(shè)備,和地面控制框設(shè)備都與雷電引下系統(tǒng)有某種相連，雷電流引起過電壓，造成這些設(shè)備的