风电场电气工程 风电场的防雷和接地
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。
风电场项目危险性较大的分部分项工程安全管理办法
风电场项目不安全性较大的分部分项工程安全管理方法作为一项规模巨大、涉及多个领域的工程项目，风电场建设过程中存在着浩繁的安全风险。
例如，风机组的高度、叶片旋转速度等因素都可能给工人带来潜在的损害；风电场位置通常位于山区、海岸等地势多而杂的地带，环境条件恶劣，施工难度大，自然祸害风险也较高；同时，工期短、投资大、技术门槛高等因素，也加添了风电场项目的不安全性。
为此，风电场项目的各分部分项工程需要对安全管理加强各项措施，防备安全风险的发生，确保工人安全，保障工程的高质量、高效率。
一、基础工程风电场的基础工程起到了支持风机组的作用，其安全问题直接影响到整个工程的稳定性。
基础工程应严格依据设计方案施工，以保证结构的力学性能。
1. 基坑施工：基坑掌控不良简单导致坑壁坍塌、坑底塌陷、坑内积水等情况。
因此，在开挖前，要做好坑壁支护，对于地层不稳定地段，需应用钻爆、冻结、注浆等手段进行固结加固，确保基坑四周的稳定性，避开坍塌不安全。
2. 混凝土浇筑：混凝土投料前必需检查模板、钢筋和构造等，做好安全防护措施。
混凝土运输和泵送过程中严禁超载、超高速行驶和行进到高处、隧道内等存在特别不安全因素的地方。
施工现场严格执行作业平台虚线区域，禁止人员跨越实线区域。
3. 固结工程：在加固钻升、壁护、地凿孔时，应依据地质情况采纳相应的加固措施，确保地基的稳定性，避开导致整个风电场的塌陷甚至倒塌。
二、电气工程电气工程是风电场建设的重要内容之一，涉及到大量高压电线，对工人及周边居民安全危害较大。
因此，电气工程的安全管理非常紧要。
1. 安装维护：安装和维护电器设备应有专人掌管，由有资质的电气工程师进行检验、调试，遵从“安全第一、防备为主”的原则，保证人员安全。
2. 运输及搬运：在运输过程中，必需依照国家法律法规要求，对重载、超限等车辆进行标识管理，严防事故的发生。
搬运过程中，应设立专人负责、严格遵从操作规程，防止人员和设备损坏。
3. 防雷接地：风电场在安装电器设备时应建设接地设备，以避开由雷电等天气条件引起的损害或其他任何事故。
风电场防止雷击伤害事故措施
风电场防止雷击伤害事故措施
1、雷雨天气时，室内人员应离开可能传来雷电侵入波的线路和设备1.5m以上。
应尽快关好门窗、不要使用手机，不要靠近潮湿的墙壁，不要靠近室内的金属设备，如暖气片、自来水管、下水管、设备外壳等；尽量离开电源线、电话线、广播线，以防止这些线路和设备对人体的二次放电。
2、在室外遇到雷雨天气，要远离建筑物的避雷针及其接地引下线。
切勿靠近导电性高的物体，远离各种天线、电线杆、铁丝网、机组塔筒、旗杆、孤立的树木等物体。
尽量离开山丘、海滨、河边、池旁，切勿站在山顶、楼顶或其他相对较高的地点；尽快进入有防雷设施的建筑物或金属壳的汽车和船只内。
3、在独立避雷针、架空避雷线(网)的支柱上严禁悬挂灯具、电话线、广播线、电视接收天线及低压架空线，以防雷电侵入室内。
4、雷雨天气尽量不要在旷野里行走，要穿塑料等不浸水的雨衣，不要用金属杆的雨伞，肩上不要扛带有金属杆的工具。
不要停留在风电机组内或靠近风电机组，风电机组遭雷击后1小时不得接近，以降低或避免跨步电压伤害。
5、雷雨天气时，不得检修和巡视风电机组；雷雨天气风电机组受潮会发出沙沙噪声，此时不得接近风电机组，以防感应电。
6、如在风电机组塔筒内工作，没有及时注意到逼近的雷电而来不及离开机组，可双脚并拢站在塔架平台上，不要碰任何东西，直到雷电结束。
7、人在遭受雷击前，会突然有头发竖起或皮肤颤动的感觉，这时应立即躺倒在地，或选择低洼处蹲下，双脚并拢两只鞋底相互接触，减小跨步电压，双臂抱膝，头部下俯，尽量缩小暴露面，衣服不要接触地面。
尽可能站在一个孤立的表面上，例如：干树枝上、帆布背包或棉制的夹克。
风电场建设的规范要求
风电场建设的规范要求随着可再生能源的不断发展和应用，风能作为一种绿色、清洁的能源形式逐渐受到重视。
在风电场的建设过程中，遵循规范要求是至关重要的。
本文将介绍风电场建设中的规范要求，以确保其安全、高效运行。
一、选址规范要求1.风资源评估：风电场选址应进行详细的风资源评估，包括风速、风向和风能密度等参数的测量和分析。
评估结果将决定风电机组的布置和容量规模。
2.环境影响评估：建设风电场前，必须进行环境影响评估，包括对土地利用、生态环境、水资源等进行综合考虑，并采取相应的环保措施。
3.电网接入条件：风电场选址应考虑电网接入条件，包括电网容量、电网稳定性和输电线路距离等因素，以确保风电场并网后能够安全可靠地运行。
二、土地规划与平衡要求1.土地利用规划：风电场建设应符合土地利用规划，遵循国家法律法规和相关政策，最大程度保护农田资源和生态环境。
2.土地平衡要求：风电场的建设应尽量避免大面积采用耕地，尽量选择荒山、荒地等非农业用地，确保风电场建设与农业生产的平衡发展。
三、安全与设计要求1.土建结构设计：风电场的土建结构设计应严格按照相关标准进行，满足安全稳定的要求。
包括风机塔筒、基础、大型设备安装平台等的设计。
2.电气设计：风电场的电气设计应符合国家电力行业的安全规范，保证风电系统的可靠性和稳定性。
包括电气设备的选型、布线和接地等。
3.防雷接地：风电场必须进行专业的防雷接地设计和布置，以保护风机设备和人员的安全。
四、施工与运维要求1.施工管理：风电场的施工应按照相关规范进行，建设单位要制定详细的施工方案和管理措施，确保施工安全与质量。
2.运维管理：风电场的运维工作应建立健全的管理制度，包括设备巡检、故障处理、维护保养等，以保障风电机组的正常运行。
3.环境保护：风电场建设和运营过程中，应采取相应的环境保护措施，减少噪音、对鸟类的影响，确保对周边生态环境的保护。
总结：风电场建设的规范要求是保证风电场安全、高效运行的关键。
简介风电场防雷检测
简介风电场防雷检测
风电场防雷检测是为了确保风力发电设施在雷电天气中能够安全运行而进行的检测和预防性措施。
由于风电场通常位于开阔的区域，风机结构较高，成为雷电的易受袭击目标。
因此，防雷检测对于维护设备安全和延长设备寿命至关重要。
以下是风电场防雷检测的一般概念：
1.雷电风险评估：在建设风电场之前，进行雷电风险评估是关键的一步。
这包括分析该地区雷电活动的频率和强度，以及设施的高度和结构。
根据评估结果，可以确定需要采取的防雷措施。
2.避雷装置：避雷装置是风电场防雷的重要组成部分。
这些装置通常包括避雷针、避雷线和接地系统。
它们被设计用于引导雷电流，以减缓或阻止雷电对设备的直接影响。
3.雷电监测系统：雷电监测系统用于实时监测周围环境的雷电活动。
这可以通过雷达、闪电探测仪等设备来实现。
及时的雷电监测可以帮助风电场运营人员采取紧急措施，例如暂停运行风机，以减小雷电对设备的影响。
4.维护和检测：定期的维护和检测是确保风电场防雷系统有效性的关键。
这可能包括对避雷装置和接地系统的视觉检查、电气测试，以及监测系统的正常运行。
5.培训：风电场工作人员需要接受关于防雷系统的培训，以便在雷电风险增加时采取适当的行动。
这包括了解设备停机程序、紧急处理程序和设备的安全操作。
6.数据记录和分析：对防雷系统的性能进行数据记录和分析是一个重要的过程。
通过监测系统的效果，可以及时调整和改进防雷措施，以适应不断变化的环境条件。
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。
风电场防止电气设备火灾事故措施
风电场防止电气设备火灾事故措施风电场是一种利用风力发电的装置，由大型风力发电机组成。
由于大部分风电场都位于野外，而且电站内有大量的电气设备，因此如何防止电气设备火灾事故变得尤为重要。
以下是一些防止电气设备火灾事故的措施。
1.定期检查和维护：风电场的电气设备应定期进行检查和维护，确保设备的正常运行。
检查和维护包括对电缆、电线、电气设备连接部件等的检查，重点检查设备的绝缘性能和接地情况，确保设备的安全性能。
2.温度监测和报警：在电气设备关键部位安装温度传感器，监测设备的温度变化，并通过报警系统及时发出警报，以防止设备温度过高引发火灾。
3.电器设备的选择和安装：在风电场中选择符合安全标准的电气设备，并进行正确的安装。
根据设备的功能和要求，安装合适的断路器、有限流保护器等电器设备，确保设备的安全运行。
4.防火墙的设置：在风电场内设置防火墙，将电气设备与其他设备隔离开来，以防火灾蔓延。
防火墙应具备良好的防火性能，且能够承受高温和防止火灾蔓延的能力。
5.防水措施：由于风电场位于野外，容易遭遇大风、暴雨等恶劣天气，因此设备应采取防水措施，防止水分进入设备内部引发电气设备火灾。
6.防雷措施：风电场是高处易受雷击的地区，应在风电场内设置合适的避雷装置，将雷电引入地下，保护电气设备不受雷击。
7.员工培训和消防演习：风电场需要定期对工作人员进行培训，加强消防安全知识的宣传，提高员工的安全意识。
定期进行消防演习，演练员工在火灾事故发生时的应急处理能力。
8.安全监测系统：在风电场内安装安全监测系统，对电气设备进行实时监测，监测设备的工作状态，提前发现设备存在的故障和问题，及时进行处理，防止设备故障引发火灾事故。
9.定期更新设备：随着时间的推移，电气设备的老化和磨损程度会逐渐增加，因此应定期更新设备，采用新的设备替换老旧的设备，确保设备的安全性能。
总之，风电场防止电气设备火灾事故的措施包括定期检查和维护、温度监测和报警、选择和安装合适的电气设备、设置防火墙、防水措施、防雷措施、员工培训和消防演习、安全监测系统以及定期更新设备等。
风电场安全职责
风电场安全职责
风电场的安全职责包括以下几方面：
1. 设备安全管理：负责对风电设备进行定期的检查、维护和保养，确保其安全可靠运行。
这包括发电机、传动装置、转子叶片、塔架等组成部件的安全管理。
2. 布局与维护：负责合理布置风电场的设备和设施，确保其符合安全标准和规范。
同时，及时进行设备的维护和修理，保证其性能和安全。
3. 防雷与接地：为了防止风电场设备受到雷击或其他电气故障，需要对设备进行适当的防雷保护和接地措施。
这包括对风力发电机组、变压器、电缆等设备进行合理的接地设计和维护。
4. 火灾预防与控制：风电场的设备和设施一旦发生火灾，将会造成严重的安全事故。
因此，需要对设备进行严格的火灾预防管理，并配备灭火设备，以便在火灾发生时进行及时的控制和扑灭。
5. 环境保护：风电场在运行过程中需要合理处理废弃物和污水，并监测大气和水质污染情况，确保对环境的影响降到最低。
此外，还需要做好噪声控制，减少对周边居民的影响。
6. 员工培训和安全意识建设：风电场需要对工作人员进行安全培训，加强对安全知识的教育，提高员工的安全意识和应急反应能力。
同时，建立健全的安全管理制度和规范，确保人员在工作中严格遵守安全操作规程。
综上所述，风电场的安全职责涉及设备安全管理、防雷与接地、火灾预防与控制、环境保护和员工培训等方面，旨在保证风电场的安全运行和减少对环境的影响。
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❖ 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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§7.2.1 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
的过渡电阻和大地的散流
电阻。前两者较小，可忽
略不计，主要是大地的散
流电阻。故接地电阻与土 壤的电阻率ρ成正比，与接 地体的半径成反比。设接
地装置（接地体）为一半 径为r的半球体，并认为接 地体周围土质均匀。
Ud IdRd
Id
U f (r)
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r
X
dr
图7-5 接地装置对地电位分布曲线 Uk—接触电位差；Ukb—跨步电位差
风电场电气工程
防雷与接地
第7章 风电场的防雷和接地
❖7.1 雷电的产生机理、危害及防护 ❖7.2 接地的原理、意义及措施 ❖7.3 大型风力机的防雷保护 ❖7.4 集电线路的防雷与接地 ❖7.5 升压变电站的防雷与接地
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防雷与接地
§7.1 雷电的产生机理、危害及防护
§7.1.1 雷电的产生机理
Ukb U2 U3
U
称为接触电压；U
jc
kb称为跨步电压；U
d
为带电的设备外壳
电压；U 2为前脚电位；U 3为后脚电位。
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§7.2.1 接地基本概念
防雷与接地
❖ 工频接地电阻：对电力系统中的工作接地和保护接地，接 地电阻是指工频交流（或直流）电流流过接地装置时所呈 现的电阻。
❖ 冲击电阻：峰值电压与峰值电流之比。 Rch Um / Im
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§7.1.2 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。
在雷云向其他地方放电后，云与大地之间的电场突然消失， 但建筑物的顶部或架空线路上的电荷不能很快泄入大地， 残留的大量电荷相互排斥而产生强大的能量使建筑物震裂。 同时，残留电荷形成的高电位，往往造成屋内电线、金属 管道和大型金属设备放电，击穿电气绝缘层或引起火灾、 爆炸。
雷电是雷云间或雷云与地面物体间的放电现象。 电位差可达数兆伏甚至数十兆伏，放电电流几十千安甚至几 百千安。经验表明，对地放电的雷云绝大部分带负电荷，所 以雷电流的极性也为负的。
雷电的类型 直击雷：雷云直接对建筑物或地面上的其他物体放电。 感应雷：包括静电感应雷和电磁感应雷。 球形雷：是一种球形的发红光或极亮白光的火球。
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§7.1.3 雷电的一般防护
避雷带和避雷网：在建筑物最可能遭到雷击的地方采用镀锌 扁钢或镀锌圆钢，并通过接地引下线与埋入地中的接地体 相连构成避雷带，再由避雷带构成的避雷网。
原理：避雷带、避雷网与避雷针及避雷线一样可用于直击雷 防护。
接地装置：对地保持一个低的电位差，埋入地中并直接与大 地接触的金属导体。
Rd
r0 dRd
dr
r0 2r 2
பைடு நூலகம்2r0
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§7.2.1 接地基本概念
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❖ 接触电压：即当电气设备绝缘损坏外壳带电时，有可能施 加于人体的电压。为保证人身安全（≤50V）。
U jc U d U1
❖ 跨步电压：未触及该设备，但由于人在跨步过程中，两只 脚所处的位置不同所产生的电压。同样不允许超过安全电 压（≤50V）。
作用：使雷电流顺利入地，减小雷电流通过时的电位升高。
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§7.2 接地的原理、意义及措施
§7.2.1 接地基本概念
❖ 接地：在电力系统中，接地通常指的是接大地，即将电力 系统或设备的某一金属部分经金属接地线连接到接地电极 上。
❖ 电力系统中的接地：通常是指中性点或相线上某点的金属 部分。
❖ 接地体上最大电压出现的时刻，不一定是最大电流出现的 时刻。工程上通常是测量工频（或直流）接地电阻，并用 冲击系数来表示冲击接地电阻与工频接地电阻的关系，即：
Rch
Rd
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§7.2.1 接地基本概念
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❖ 冲击系数 ：一般用实验方法求得，在缺乏准确数据时，
对集中的人工接地体或自然接地体的冲击系数，也可按下 式计算：
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§7.2.2.1 功能性接地
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(I )m
l1.2
式中：I为冲击电流幅值，kA；ρ为土壤电阻率，kΩ·m；l为
垂直接地体或水平接地体长度，或环形闭合接地体的直径，
或方形闭合接地体的边长，m；β及m为与接地体形状有关
的系数，对垂直接地体β=0.9，m=0.8，对水平及闭合接地
体β=2.2，m=0.9。
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§7.2.2 接地的意义
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§7.1.3 雷电的一般防护
避雷针：由接闪器、支持构架、引下线和接地体四部分构成。 原理：使雷云先导放电通道所产生的电场发生畸变，致使雷
云中的电荷被吸引到避雷针，并安全泄放入地。 避雷线：由悬挂在被保护物上空的镀锌钢绞线（接闪器）、
接地引下线和接地体组成。主要用于输电线路、发电厂和 变电站的防雷保护。 原理：与避雷针基本相同，但对电场畸变的影响比避雷针小。 避雷器：用来限制沿线路侵入的雷电过电压（或因操作引起 的内过电压）的一种保护设备。 原理：实质上是一种放电器，把它与被保护设备并联，并在 被保护设备的电源侧。
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工作接地
保护接地
功能性接地
逻辑接地
保护性接地
信号接地
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屏蔽接地
防电腐蚀接地
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§7.2.2.1 功能性接地
❖ 1．工作接地 ❖ 为保证电力系统的正常运行，在电力系统的适当地点进行
的接地，称为工作接地。在交流系统中，适当的接地点一 般为电气设备，例如变压器的中性点；在直流系统中还包 括相线接地。 ❖ 2．逻辑接地 ❖ 电子设备为了获得稳定的参考电位，将电子设备中的适当 金属部件，如金属底座等作为参考零电位，把需要获得零 电位的电子器件接于该金属部件上，如金属底座等，这种 接地称为逻辑接地。该基准电位不一定与大地相连接，所 以它不一定是大地的零电位。