风力发电机的防雷与接地
风电防雷接地
风电防雷接地1 风机的防雷特点电闪雷鸣释放的巨大能量，会造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁……1.1 一般雷击率在年均10雷电日地区，建筑物高度h与一般雷击率n的关系见表1。
1.2 环境风力发电特点是：风机分散安置在旷野，大型风机叶片高点（轮毂高度加风轮半径）达60～70 m，易受雷击；风力发电机组的电气绝缘低（发电机电压690 V、大量使用自动化控制和通信元件）。
因此，就防雷来说，其环境远比常规发电机组的环境恶劣。
1.3 严重性风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资60%以上。
若其遭受雷击（特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击），除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。
丹麦LM公司资料介绍：1994年，害损坏超过6%，修理费用估计至少1 500万克朗(当年丹麦装机540 MW，平均2.8万克朗/MW) 。
按LM公司估计，世界每年有1%～2%的转轮叶片受到雷电袭击。
叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖是容易被修补的，但少数情况则要更换整个叶片。
雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故。
所以，雷害是威胁风机安全经济运行的严重问题。
2 叶片防雷研究雷击造成叶片损坏的机理是：雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升造成爆裂破坏。
美国瞬变特性研究院用人工电晕发生器，在全复合材料的叶片做雷击试验，高电压、长电弧冲击（3．5 MV，20 kA）加在无防雷设置的叶片上，结论是叶片必须加装防雷装置。
TACKE公司设计了玻璃钢防雷叶片（图1），叶片顶端铆装一个不锈钢叶尖，用铜丝网贴在叶片两面，将叶尖与叶根连为一导电体。
铜丝网一方面可将叶尖的雷电引导至大地，也防止雷击叶片主体。
丹麦LM公司于1994年获得叶片防雷的科研项目，由丹麦能源部资助，包括丹麦研究院雷电专家、风机生产厂、工业保险业、风电场和商业组织在内，目的在于调查研究雷电导致叶片损害，开发安全耐用的防雷叶片。
风光互补发电系统防雷接地知识和设计
风光互补发电系统防雷接地知识和设计一、任务导入风力发电机安装在室外，塔架加风轮和轮毂高度达十几米，遭受雷击屡见不鲜，特别是雷电多发地区，雷击会造成风力发电机叶片损坏，并常常引起发电系统过电压，造成发电机击穿、控制设备烧毁、电气设备损坏等事故，甚至危及人员安全。
所以，雷击威胁着风力发电机的安全运行。
因此，在设计风光互补发电系统时，一定要做好防雷设计。
图3-7所示是直接雷击示意图。
由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径随着增高，相对的也增加了被雷击的风险，雷击成了自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。
我国沿海地区地形复杂，雷暴日较多，应充分重视雷击给风力发电机组和运行人员带来的巨大威胁。
图3-8所示是感应雷击示意图。
图3-8所示是感应雷击示意图二、相关知识学习情境1风光互补发电系统防雷知识1．风光互补发电系统的避雷技术要求对于风光互补发电系统的避雷设计，主要考虑直击雷和感应雷的防护：风光互补发电系统的风力发电机、太阳能电池组件都安装在室外，当雷电发生时可能会受到直击雷的侵入，直击雷的防护通常采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属体作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过引T线引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地。
图3-9 所示是避雷装置设计图。
感应雷的防护主要考虑在风力发电机外壳、太阳能电池组件四周铝合金框架与支架作等电位连接并可靠接地，交直流输电线路和逆变器等的感应雷防护措施主要是采用防雷保护器。
图3-9 避雷装置设计图2．风光互补发电系统设备的雷电及过电压的影响风光互补发电系统作为一种新兴的发电系统在能源发电领域中已备受关注及广泛应用，由于风光互补发电系统本身安装位置和环境的特殊性，其设备遭受雷电电磁脉冲损坏的隐患也越来越突出。
因此，根据实际情况对风光互补发电系统防雷的研究有助于提高整个发电系统的安全、高效运行。
雷电对风光互补发电系统设备的影响主要由以下几个方面造成：(1)直击雷。
风电机组的防雷和防雷标准
风电机组的防雷和防雷标准邱传睿1、引言风电作为高效清洁的可再生能源，一问世就受到各国高度重视，我国是较早利用风力发电的国家，到现在为止，总装机容量已经排在亚洲第一、全球第三的位置，而发展速度名列世界前二。
风场高速发展的同时，风电机组的雷害也日益显露，因此风电机组的防雷被问题摆到了风电研发人员的面前。
风力资源丰富的风场往往处于高海拔和远离城市的地区及荒郊，风场中的风电机组容易遭受直接雷击。
目前MW级的大功率的风电机成为风场的主机型，大功率风电机的风塔高度已经超过120m，是风场中最高大的构筑物，在风电机组的20年寿命期内，总会遭遇到几次雷电直击。
最初，我国的风电场从年平均雷电日较少的新疆和内蒙开始发展，那时都是450kW级以下的风力机，因此雷害并不突出，但是，今后我国风机要设置在苏北沿海、华南，甚至将离岸设置，同时我国将发展2.5MW级以上的风机，风力机的雷害问题引起了有关方面的高度重视，中国风能协会叶片专业委员会于2009年9月在肇庆召开的年会，将叶片的防雷作为一个重要问题进行了研讨，说明风力机的防雷得到大家的重视。
国际电工委员会IEC第88工作委员会（IEC TC 88）在编制风电机组系列标准IEC 61400时，编制了一个技术报告（TR），作为IEC 61400系列标准的24部分，于2002年6月出版。
当时，标准编制工作组想为这个相对年经的工业提供雷电和防雷的知识。
因此，在IEC 61400-24中提供了一些风力机雷害的背景资料，也提供了最实用的防雷指导。
在几年的实践中证明了编制工作组编制的该技术报告对防止和减少风电机组的雷害是有效的。
在IEC 61400-24问世后不久，风电工业迅速的向大功率风力机发展，并且技术更加成熟，市场更加繁荣。
同时雷害的问题比2002年以前更加复杂和日益突出。
因此有必要有一个作为风电机组防雷标准的文件供风电行业人员使用。
这样，将IEC 61400由技术报告（TR）升级为技术标准（TS）便顺理成章提到议事日程上来了。
风电场的防雷和接地
风电场电气系统
2
§1.2 雷电的危害
防雷与接地
直击雷：雷云放电时，雷电流可达几百千安。通过被雷击物 体时，产生大量的热量，使物体燃烧。
感应雷：雷电感应是雷电的第二次作用，即雷电流产生的电 磁效应和静电效应作用。
❖ 电气设备的接地：通常情况下是指不带电的金属导体（一 般为金属外壳或底座）。
❖ 非电气设备的导体接地：如风管、输油管及建筑物的金属 构件经金属接地线与接地电极相连接。
风电场电气系统
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§2.1 接地基本概念
防雷与接地
Uk
❖ 接地电阻：即接地装置对 地电压与入地电流之比。
它包括接地线、接地体的
电阻以及接地体与土壤间
属体，如输油金属管道等，称为防电蚀接地。牺牲阳极保 护阴极的称为阴极保护。
风电场电气系统
15
防雷与接地
§2.3 接地的一般要求
§2.3.1 接地网设计基本要求
❖ 1）电气设备及设施宜接地或接中性线，并做到因地制宜， 安全可靠，经济合理。
❖ 2）不同用途和不同电压的电气设备，除另有规定者外， 应使用一个总的接地系统，接地电阻应符合其中最小值的 要求。
➢ 电力设备传动装置。 ➢ 互感器的二次绕组。 ➢ 配电、控制保护屏（柜、箱）及操作台等的金属框架。 ➢ 屋内配电装置的金属构架和钢筋混凝土构架，以及靠近带
电部分的金属围栏和金属门、窗。 ➢ 交、直流电力电缆桥架、接线盒、终端盒的外壳、电缆的
屏蔽铠装外皮、穿线的钢管等。 ➢ 装有避雷线的电力线路杆塔。 ➢ 在非沥青地面的居民区内，无避雷线非直接接地系统架空
风力发电站防雷技术要求
风力发电站防雷技术要求
1.现代风力发电站设计应考虑雷电保护。
在选址时应考虑雷电频率和强度等因素，以确保风力发电站的雷电保护效果。
2. 风力发电站应设立接地系统，以确保设备与地面之间的电位差不超过安全范围。
接地系统应满足国家标准和规范要求。
3. 风力发电站应配备适当的避雷设备，如避雷针、避雷带等等，以防止雷电对设备的损坏和火灾等安全事故的发生。
4. 风力发电站应进行雷电防护的设备和线路的隔离和保护。
应采用合适的防雷措施，如采用避雷器、绝缘子等，以提高风力发电站的雷电保护能力。
5. 风力发电站应定期进行雷电保护的检查和维护。
应制定完善的防雷检查制度，定期对设备和线路进行检查和维护，确保设备的正常运行和安全使用。
6. 风力发电站应建立防雷应急预案，以应对雷电对设备和人员造成的安全威胁。
应制定完善的应急预案和演练方案，以确保在雷电事故发生时能够迅速、有效地应对。
7. 风力发电站应加强防雷技术研究和应用。
应不断探索和推进防雷技术的发展和应用，提高风力发电站的抗雷能力和安全性能。
- 1 -。
风力发电机组防雷接地的探讨
风力发电机组防雷接地的探讨摘要：随着风力发电技术的不断发展，越来越多的风力发电机组被建设起来，但是由于其高耸的塔身和叶片，容易成为雷击的对象，给设备带来损坏和安全隐患。
因此，风力发电机组的防雷接地问题备受关注。
基于此，文章首先阐述风电机组的雷电危害，然后综合分析其防雷接地措施。
关键词：风力发电机组；防雷接地；措施引言风力发电机组的防雷接地是指在雷电天气下，通过合理地设计和布置接地装置，将雷电能量释放到地面，保护设备和人员的安全。
一、风电机组的雷电危害风电机组在运行过程中可能会受到雷击，从而产生雷电危害。
首先当雷电直接击中风电机组时，可能会损坏机组的设备或者导致机组停机。
同时，由于风电机组往往建造在山顶等高地区，所以直接雷击还可能导致山火等附带危害。
其次当雷电在附近地区击中时，会产生电磁场，从而感应出电流来。
这些电流可能会对风电机组的电气设备造成损坏。
此外当雷电击中地面时，会产生接地电流。
如果接地电流通过风电机组的接地系统流过去，可能会导致接地系统受损或者引发火灾等危险。
为了减少这些危害，风电机组需要采取一些保护措施，如安装避雷针、接地系统等。
同时，在风电机组的设计和建造中，也需要考虑雷电危害因素，从而尽可能地减少潜在的危害。
二、风电机组的防雷接地措施（一）叶片防雷风电机组的叶片是一个主要的防雷目标，因为在风电机组运行过程中，叶片处于高处，容易受到雷击。
因此，为了保护叶片，需要采取一些防雷接地措施。
首先在叶片上安装一根或多根雷电接地线，将叶片与地面接地，以减少雷击对叶片的影响。
同时也可以在叶片上安装避雷针，可以有效地将雷电引到避雷针上，从而保护叶片不受雷击。
此外可以在叶片表面涂上一层防雷涂层，可以减少雷击对叶片的影响，从而保护叶片。
与此同时可以在叶片表面安装一层接地网格，将叶片与地面连接起来，以减少雷击对叶片的影响。
需要注意的是，不同的叶片防雷措施适用于不同的情况，需要根据具体情况进行选择。
同时，为了确保叶片防雷措施的有效性，需要进行定期检查和维护，及时更换损坏的部件，以保障风电机组的正常运行。
第6章：风电机组场接地
Δ水平接地网
第6章：风电机组接地
风电机组防雷与接地
a 二、不同接地体的接地电阻
4、接地网
b
Δ水平+垂直接 地网
Rghv 1 ( ) A L nl
A 来确定
l
Π为常数，由 /
/ A
0
0.05
0.1
0.2
0.5
П
0.44
0.40
0.37
0.33
0.26
第6章：风电机组接地
风电机组防雷与接地
三、风电机组的接地
4、机组接地网
第6章：风电机组接地
风电机组防雷与接地
三、风电机组的接地
4、机组接地网
第6章：风电机组接地
风电机组防雷与接地
四、供配电系统接地形式
按装置属性分 自然接地 人工接地 高压系统接地 低压系统接地 保护性接地 功能性接地
直接接地、不直接接地 TN、TT、IT 防雷接地、保护接地、防静电 接地、防电蚀接地等； 工作接地，屏蔽接地，逻辑接 地、信号接地等
风电机组防雷与接地
五、金凤1500kW机组防雷接地
1 发电机开关柜接地线安装要求 Δ发电机开关柜接地线使用35mm2黄绿双 色电缆，一端压DT-35mm2 Ф12铜接线端 头，连接在发电机开关外壳的A点上，见 图1；另一端压DT-35mm2 Ф10铜接线端头，
接在发电机开关柜的右下侧B点背面D点
上。 Δ发电机开关柜接地线从A点引出，经C
第6章：风电机组接地
风电机组防雷与接地
四、供配电系统接地形式
2、供配电系统常用接地方式---IT
IT系统的电源中性点不接地或经1kΩ 阻抗接地，通常不引 出N线，属于三相三线制系统。
风电机组的防雷和防雷标准
风电机组的防雷和防雷标准1 引言在我国风电发展初期，风电场大部分集中在年平均雷电日较少的新疆和内蒙古等地区，采用的主要是450kW 级以下的风电机组，雷害问题并不突出。
随着我国风电场建设速度不断加快、规模不断扩大以及风电机组的日益大型化，风电机组的雷害也日益显露。
现阶段，我国风电场开发不断向高海拔和沿海地区拓展，大功率风电机组的塔架最高已经超过120m，是风电场中最高大的构筑物。
在风电机组的20年寿命期内，难免会遭遇到雷电的直击。
中国可再生能源学会风能专业委员会于2009 年9月在肇庆召开的叶片专业组年会，将叶片的防雷作为一个重要问题进行了研讨，说明风电机组防雷已经引起专家的高度重视。
国际电工委员会（IEC）第88 工作委员会（IEC TC 88）在编制风电机组系列标准IEC 61400 时，编制了一个技术报告（TR），作为IEC 61400 系列标准的第24 部分于2002 年6 月出版，其初衷是想为这个相对年经的工业提供防雷知识。
该标准在几年的实践中证明，技术报告对防止和减少风电机组的雷害是有效的。
但是随着大型风电机组的发展和风电场向外海的拓展，雷害问题比2002 年以前更加复杂和突出。
因此，有必要制订一个风电机组防雷标准以供风电行业人员使用。
将IEC 61400 由技术报告（TR）升级为技术标准（TS）便提上了议事日程。
2 风电机组的雷害IEC 61400-24 2002 中，阐明了不同于其他建筑物的风电机组雷害问题，机组的结构特点、工作原理以及所处场地等因素使其容易遭受雷害。
人们已经了解建筑物高度对雷击过程的影响。
高度超过60m 的建筑物会发生侧击，即部分雷电击中建筑物侧面而不是建筑物顶部。
风电机组塔架是高于6 0m 的构筑物，所以侧击概率比建筑物大很多，并造成严重损害。
另外，从雷电机理可知，与上行雷相关的起始连续电流转移的电荷量可以高达300C，也就是说，上行雷造成的对建筑物的损坏比例随着高度增加而增加，当塔架高度超过100m 时上行雷击的概率升高。
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对于风力机而言，直 接雷击保护主要是针 对叶片、机舱、塔架 防雷，而间接雷击保 护主要是指过电压保 护和等电位连接。
电气系统防雷则主要 是间接雷击保护。
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
外部直击雷的保护设计
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
➢ 可以将多台风电机组的接地网进行互连，这样就可以 通 过延伸机组的接地网可进一步降低接地电阻，使雷电流迅 速流散入大地而不产生危险的过电压。
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
电力工程技术（china-dianliina-dianli）
风力发电机的防雷与接地 电力工程技术（china-
dianli）
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
风机防雷保护的必要性
风力机组在自然环境下，不可避免受到自然环境 的危害，其中，雷击是自然界中对风力发电机组 安全运行危害最大的一种危害，一旦发生雷击， 雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损 坏、发电机绝缘击穿、控制元件烧毁等后果，严 重可能造成风机报废，造成巨大的经济财产损失。 同时，雷击也会对检修维护人员造成巨大威胁。
研究表明，物体被雷电击中时，雷电流总是会选择传导 性最好的路径。故针对雷电的这一破坏特性，可以在被 击设备内部构造出一个低阻抗的对地导电通路，这样就 可以使设备免遭雷击破坏。这一原理是整个叶片防雷措 施的基础，并且贯穿于整个风力发电机的防雷系统中。
根据国际电工委员会推荐标准《风电发电系统——第24 部分：防雷保护》（IEC TR 61400—24）的要求，一般 情况下，是在叶片叶尖部位安装一个金属接闪器，用铜 质电缆导线把叶尖接闪器和轮毂的防雷引下线可靠接地。
叶片的防雷保护
叶片防雷
叶片防雷重要性
位置最高是雷电袭击的首要目标 叶片是风力发电机组中最昂贵的部件
雷击造成叶片损坏
雷电击中叶尖后释放大量能量，雷电 流使叶尖结构内部温度急骤升高，造 成叶尖结构爆裂破坏甚至开裂；
雷击造成的巨大声波，对叶片结构造 成冲击破坏
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
➢ TT系统，前一个T：系统接地是直接接大地；后一个T： 用电设备外壳的保护接地是经PE线接单独的接地板直 接接大地，与电源中电力的工程N技线术线（ch路ina-和dian系li）统接地点毫无关连。
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
➢ 风机接地系统应包括一个围绕风机基础的环状导体，此环 状导体埋设在距风机基础一米远的地面下一米处，采用 50mm²铜导体或直径更大些的铜导体；每隔一定距离打入 地下镀铜接地棒，作为铜导电环的补充；铜导电环连接到 塔架2个相反位置，地面的控制器连接到连接点之一。有 的设计在铜环导体与塔基中间加上两个环导体，使跨步电 压更加改善。如果风机放置在接地电阻率高的区域,要延 伸接地网以保证接地电阻达到规范要求。若测得接地网电 阻值大于要求的值，则必须采取降阻措施，直至达到标准 要求。
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
机舱的防雷保护
现代大多数风力机的机舱罩是用金属板制成，本身就有良 好的防雷保护作用。机舱主机架除了与叶片相连，在机舱 罩顶上后部设置一个（数目可多于一个）高于风速、风向 仪的接闪杆，保护风速计和风向仪免受雷击。
机舱的防雷设计
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
风机的接地电阻:为了将雷电流流散入大地而不 会产生危险的过电压，风机的工频接地电阻一般 应小于4Ω，在土壤电阻率很大的地方可放宽到 10Ω。
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
内部防雷（过电压）保护系统
电力工程技术（china-dianli）
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
➢ 风电机组采用TN方式供电系统，可以较好的保护风机 电气系统及人员的安全。
➢ TN系统，T：系统中有一点（一般是电源的中性点）直 接接大地，称为系统接地（System Earthing）；N： 用电设备的外壳经保护接地即PE线（Protecting Earthing conductor）与系统直接接地点连接而间接 接地，称为保护接地（Protective Earthing）。意思 就是风力发电机组宜设一共用接地装置，供所有接地 之用对于其他原因必须分开装设的接地装置，应采取 等电位连接，连到共用接地装置上。
风力发电机的防雷与接地
塔架的防雷保护
专设的引下线连接机舱与塔架，减轻电压降，跨 越偏航环，机舱和偏航刹车盘通过接地线连接， 因此，雷击时将不受到伤害，通过引下线将雷电 顺利的引入大地。
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风力发电机的防雷与接地
塔架的防雷保护
由于塔筒法兰面之间涂有 密封胶，加大了塔筒之间 的连接电阻，所以必须要 降低这部分的阻抗，现在 采取的方法一般是用铜编 织电缆或铜导线把两端塔 筒连接起来。
叶片接闪 ——轮毂 ——塔筒 ——基础 器
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风力发电机的防雷与接地
叶片防雷保护
包含接闪器和敷设在叶片 内腔连接到叶片根部的导 引线，叶片的铝质根部连 接到轮毂、引至机舱主机 架、一直引入大地。
叶片防雷系统的主要目标 是避免雷电直击叶片本体， 而导致叶片本身发热膨胀、 迸裂损害。
风力发电机的防雷与接地
内部防雷（过电压）保护系统
依据是否可能发生直击雷，雷电流的幅值以及相 关电磁场情况，国际电工委员会对防雷过电压保 护的防护区域划分为：LPZ0 区（LPZ0A、LPZ0B）， LPZ1 区，LPZ2 区。
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风力发电机的防雷与接地
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风力发电机的防雷与接地
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风力发电机的防雷与接地
鉴于雷击无法避免的 特性，风力发电机组 的防雷重点在于雷击 时如何迅速将雷电流 引入大地，尽可能减 少由雷电引入设备的 电流，最大限度地保 障设备和人员安全， 使损失降低到最小程 度。