风力发电防雷方案

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风力发电机系统防雷解决方案
欧姆单独接地点，为控制系统单独接地抗干扰。
4、防雷接地电缆布局：共 2 根接地引下电缆
叶片防雷：240 平橡套电缆一根，直接从主轴滑环引入塔筒地基的 2 个相邻接地 点。 机舱防雷及 PE：240 平橡套电缆一根，直接从主轴滑环引入塔筒地基的其余的 2 个相邻接地点。
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风力发电机的防雷不同于普通的建筑物，它具有一定的特殊性，具体表现为下面的几个 特点：
（一）、所处的环境恶劣： 风力发电特点是：风机分散安置在旷野、山顶或沿海区域，大型风机叶片高点（轮毂高 度加风轮半径）达60～100 m，遭受雷击概率高；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。 （二）、风力发电机成本高： 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，雷击损坏超过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。下图是国际标准IEC61400-24中的德国风力发电机遭雷击 损坏部件的统计。图中可以看出尤其电气和控制系统雷击损坏概率占总故障率多达50%以 上。
来自百度文库
1套
发电机的三相 AC690V 输 出
三相 AC400V
V20-C/3 385V V20-C/3 385V
2 套 变压器的三相 AC400V 供 电输出
1 套 轮毂的三相 AC400V 电源 输入端
三相 AC220V
V20-C/3 280V
1 套 三相 AC 220V 电源系统
塔
V20-C/1 385V
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远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压，由室外电源线路和通信线路传至 建筑物内，损坏电气设备。
3、 感应雷 云层之间的频繁放电产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压， 峰值可达50KV。 4、 开关过电压 在电力系统的内部，由于断路器的操作，负荷的投入和切除系统故障系统内部状态变 化，而使系统参数发生变化，从而引起的电力系统内部电磁能量转化或传输过渡过程，将在 系统中出现过电压，这种过电压称为开关过电压，在用电网络中引起内部过电压的原因大至 可分为： ①电力重负荷的投入和切除（电梯、大功率空调节器机、冷冻机和医疗设备以及大功率 的其它设备） ②感性负荷的投入和切除（电梯或继电器的线圈、带负荷的变压器） ③功率因数补偿电容器的投入和切除 ④断路器或保险装置的操作 ⑤短路故障 这种供电系统内部的过电压，都能在电源线路上产生高压脉冲，其脉冲电压可达到线电 压的3.5倍，从而损坏设备。破坏效果与雷击类似。由此产生的过电压对电子设备的破坏主 要有以下几个方面：
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三、引言
20 世纪以来，全球工业的迅速发展，能源危机的不断出现和日益严重的环境污染，促 使人们去开发研究绿色能源。风能作为绿色、安全的能源，受到国际上越来越多国家的重视。 风能是一种永不枯竭的能源，地球上的风能大大超过水流的能量，也大于固体燃料和液体燃 料能量的总和。近年来世界范围内风能利用的发展迅猛，风力发电的技术日趋成熟。随着一 些相关技术的发展，如碳纤维技术及工艺的应用，功率电子技术的发展和经济可靠的大功率 电子固体器件的出现，使制造出效率更高，运行经济可靠，并能广泛适应不同风资源情况的 风力机成为可能。基于上述原因越来越多的国家和地区开始利用风力发电机来获取风能—— 这种可再生能源，由此风力发电机比过去在世界分布的更加广泛。全球风电发展覆盖 70 多 个国家，装机容量每年增长超过 30％。2020 年全球的风力发电装机将达到 12.31 亿千瓦 （是 2002 年世界风电装机容量的 38.4 倍），年安装量达到 1.5 亿千瓦，风力发电量将占 全球发电总量的 12％。
3控 制 通讯系统 箱
FLD-24
9套
FLD-5
1套
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二、风力发电机系统接地简介
风力发电基本原理是：
风机叶片在风力的作用下旋转，并通过传动轴和变速箱带动发电机旋转，产生电力，然 后经过变压、调频等，再通过电缆送到外部电网。
我国幅员辽阔，风能资源丰富。根据气象部门的资料，可开发的陆地风能资源 10m 高层 大约为 253GW，可利用的海洋风能资源大约为 750GW。东南沿海一带和附近的岛屿以及内蒙 古、新疆、甘肃等地区都蕴藏着丰富的风能资源，年平均风速达 6m／s 以上的内陆地区约占 全国总面积的 1%，仅次于美国和俄罗斯，居世界第 3 位。我国自 1985 年在海南东方风电场 安装首台 Vestas-55kW 风力发电机组以来，经过 20 年的努力，我国开发风能方面取得了长 足发展。在国家科技攻关项目、863 计划等国家项目的支持下，我国已经具备 200kW、250kW、 600kW、750kW、1500kW 风力发电机组批量生产能力。随着风电技术水平的不断提高，单机 容量大型化成为风力发电的趋势。中国风电装容量也呈现加速增长势头：2006 年，中国累 计装机总量达 2604MW，2004 年至 2006 年每年新增装机容量增速均超过 100%。根据 中国能源发展规划，2006 年至 2020 年，平均每年装机约 1900MW，投资约 152 亿元， 实际将远远超过这个数值。
1） 损坏元器件 a、过高的过电压击穿半导体结，造成永久性损坏； b、较低而更为频繁的过电压虽在元器件的耐压范围之内，亦使器件的工作寿命大 大缩短； c、电能转化为热能，毁坏触点、导线及印刷电路板，甚至造成火灾；
2）设备误动作及破坏数据文件 据国外对电子设备和系统损坏事件的统计表明，约 25%的电子设备和系统的损坏事故是 电网中的过电压所造成成为该类设备损坏的主要原因之一。如何防护暂态过电压对用电设备 的损坏问题已成为当今必须解决的迫切问题。 （1） 稳压电源不能消除暂态过电压 由于用电网络中负荷的投入和切除，不但会产生瞬时的暂态过电压，而且会引起电网的
3、塔筒和地基部分
为机舱、叶片等提供支撑，同 时也是电缆走线和维修调试人员的通道，塔底开关柜控制电力的输入和输出。地基接地为圆 周均匀布局 4 根（点）380 平镀锌母排，接地电阻 4 到 10 欧姆，另外可以设置直流接地 1
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随着单机容量的增加，为了获取更多的能量，风力发电机的塔架也建造的越来越高，因 此风力发电机遭受雷击的几率也比过去增加了许多，所以风机的防雷保护技术也日益引起各 风机制造厂家的重视，大力发展防雷保护技术，以使风力机在遭受雷击时，使受损的可能性 减为最小。
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风力发电机系统
防雷解决方案
设计单位：OBO 中国培训中心（沈阳） 技术支持：利德风能（沈阳）
2007 年 12 月
联系人：孟红
风力发电机系统防雷解决方案
目
录
一、风力发电系统防雷配置表 二、风力发电机系统简介 三、引言 四、雷电造成的危害 五、设计总则 六、设计方案 七、防雷器配置表 八、维护与保修 九、附件
4套
端
1套
风速仪加热电源
VF24 AC/DC
2套
风向传感器电源
485 通讯
FRD-5
1 套 风机控制模块和轮毂的 通讯
轮 三相 AC400V V20-C/3+NPE 385V 1 套 三相 AC400V 电源系统
毂 单相 AC220V V20-C/1+NPE 385V 1 套
单相 AC220V 电源
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工类电压的升高或降低，使工类电压值在一定的范围波动，而电子设备一般对工作电压要求 很严，电压太高，轻则使电子元件逐渐老化，重则使电子元件损坏。一般的稳压电源的功能 就是对工频电压起稳压作用，使用电设备的工作电压稳定，保证用电设备在工频电压下的安 全运行，而稳压电源对于快速的暂态过电压却来不及反应和发挥稳压的作用。在暂态过电压 的作用下，稳压电源还可能被损坏。 （2） UPS 不能消除暂态过电压
雷电造成的破坏主要表现为以下几种形式： 1、 直击雷 直击雷蕴含极大的能量，当直击雷对地放电时，在8μs左右达到峰值，并在40μs内完 全泄放，电压峰值可达5000KV，具有极大的破坏力。因此，雷电流具有幅值极高、频率极高、 冲击力极强等特点。如建筑物直接被雷电击中，巨大的雷电流沿引下线入地，会造成以下三 种影响： a：几十甚至几百 KV 的雷电流沿引下线在数微秒时间内入地的过程中，有可能直接击穿 空气，损毁低压设备。在地网中，由于瞬态高电压的冲击，在接地点产生局部电位升高，在 地网间出现电位差，由此，导致地中反击而损坏电器设备。地网中的电位差还会产生跨步电 压，直接危及人们的生命。 b：雷击产生的冲击电流沿引下线对地泄放过程中，在引下线上会产生强烈的电磁场， 耦合到供电线路或音频线、数据线上，产生远远超过弱电设备耐受能力的浪涌电压，击毁弱 电设备。 c：雷电流流经电气设备产生极高的热量，造成火灾或爆炸事故。 2、 传导雷
2套
单相 AC220V 电源
顶
2 控 单相 AC220V V20-C/1+NPE 385V 2 套 UPS 的单相 AC220V 输入
制
和输出端
柜
DC300V
V20-C/2-PH 280V 1 套 蓄电池充电 DC300V 电
源）
DC24V
VF24 AC/DC VF24 AC/DC
AC/DC 电源的直流输出
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四、雷电造成的危害
雷电是一种非常壮观的自然现象，它具有极大的破坏力，对人类的生命、财产安全造 成巨大的危害。1987 年联合国确定的“国际减灾十年”中，雷电为对人类危害最大的十种 灾害之一。目前各种建筑大楼大多数仍采用避雷针（带）保护建筑物的安全，经多年使用避 雷针（带）防止直击雷害，不但是行之有效的方法，而且是非常经济的措施。但是，自从人 类进入到电气化时代以后，雷电的破坏由主要以直击雷击毁人和物为主，发展到以通过金属 线传输雷电波破坏电气设备为主。随着近年来电子技术的飞速发展, 计算机系统的网络化程 度越来越高,人类对电气设备尤其是计算机设备的依赖越来越严重。这些高精度的微电子计 算机设备内置大量的 CMOS 半导体集成模块，导致过压、过流保护能力极其脆弱。（美国通 用研究公司提供磁场脉冲超过 0.07 高斯，就可引起计算失效；磁场脉冲超过 2.4 高斯就可以 引起集成电路永久性损坏。）无法保证在特定的空间遭受雷击时仍能安全运行。
风力发电机系统接地由几大部分组成 1、轮毂和叶片部分
负责吸收风能，产生转动的动 力。一般叶片由复合材料制成，重 量轻，有接雷器及疏雷导体，直接 接触雷云。
2、机舱部分
内置变速箱、发电机组、和发 电机电气控制箱部分。电气部分控 制发电机的转动，偏航对风，紧急 情况下的刹车等。有风速仪架防雷、 机舱 PE 接地防雷。
电网中由于故障或其它原因会突然停电。突然停电将给电力、银行金融、国防以及其它 部门带来不可估量的损失。UPS 的功能就是在突然停电的情况下，在很短的时间内及时将备 用电源投入，保证用电设备供电的连续性，使用电设备在突然停电的情况下仍能继续工作一 段时间或长期运行。但 UPS 不能消除暂态过电压，在电网停电 UPS 动作的情况下，反而会产 生暂态过电压。在暂态过电压的作用下，UPS 自身有可能被损坏。
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一、风力发电防雷配置表
安
序装 号位
电压等级
防雷器型号
数
量
备注
置
塔
底
1 控 三相 AC690V
MC50-B/3
2套
串联安装
制
柜
三相 AC690V
V20-C/3 550V