关于风力发电系统防雷技术改进

关于风力发电系统防雷技术改进

马青峰

国家电投集团阜城东方新能源发电有限公司 河北省衡水市阜城县 053700

摘要：经济的不断发展，带动了风力发电系统的兴起，风力发电系统是我国电源结构中的重点组成部分，也是全球风电规模最大的市场，今年，我国的风力发电产能已经达到了一百吉瓦。近年来，风力发电行业已经成为了我国能源发展的主要支柱，其发展效果如何直接关系到了能源的发展趋势，也在一定程度上决定着经济的进步。在风力发电系统当中已经应用进了防雷技术，对风力发电系统加以保护，本文就对风力发电系统防雷技术的改进进行分析，供参考。

关键词：风力发电系统、防雷技术、改进

引言：风力发电是一种全新的技术，其通过风力来达到发电需求，但是，为了提高风力发电系统的运行效率，还必须做好防雷工作。在风力发电系统当中一直都有安装防雷装置，但在进入新时期之后，传统防雷装置已经不能满足风力发电系统发展所需了，还必须对防雷技术加以改进。

1.雷电灾害的影响

对于风力发电系统来说，主要是借助风力的帮助来实现发电的，风力资源可以说是生产的根本，也是必需，但要想满足这一条件，风力发电系统一般都是安装在室外的，且比较空旷的地方，其叶片要长时间保持很高的高度，但正是因为这样使得叶片极其容易受到雷电灾害影响。风力发电系统中的叶片就是雷电的主要对象，往往，叶片的叶尖位置是最容易受到损坏的，整片叶片可能不会完全损坏，但当叶尖被损坏之后，整片叶片都需更换，且更换的成本比较高。并且，当叶片在遭到雷电击中之后，会释放出很多的能量，当雷电流较大的时候，就会使得被击中的部位温度快速上升，水分也会在受热影响之后汽化，从而生成机械力，最终使得叶尖部位损坏。^[1]如果这种现象没有被及时的察觉，那么就会逐渐蔓延，从而导致整片叶片裂开。假设在遭受雷击的时候还有声波，那么就意味着叶片的结构也受到了损坏，更换十分麻烦，因此，必须要加强风力发电系统的防雷技术改进，才能对风力发电系统加以全面保护。

2.风力发电系统防雷技术改进策略

2.1设置接闪器、接地网

在风力发电系统的外部防雷上，主要包含了叶片和接地网两部分。首先，从上述分析可以看出，叶片是最容易受到雷电击中的部位，所以，必须明确防雷对象，为了减少雷击对叶片造成的损坏，就需要叶片的叶尖位置安装排水孔，当产生水分的时候就可以从排水孔流出，以防叶片被烧毁。但是，需要注意的是，并不是说风力发电系统叶片的导电性较小，就不会受到雷击，无论叶片的导电性如何都可能会受到雷击，只有在设计的设计加强叶片形状设计，才可以尽可能的降低雷电击中率。技术人员通常选择在叶片的叶尖处设置一个接闪器，该设备的作用主要是用来捕捉雷电，利用导线把雷电流引入到地下，还可以在叶片表面涂上一层导电材料，使叶片有充足的导电性能，从而将雷电流安全地传导到叶片根部进行泄流，以减少对叶尖的危害。^[2]其次，在接地网的防雷操作上也有待加强。接地网是比较常见的防雷手段，其质量好坏直接关系到了雷电的泄放效率。一般先利用风力发电机组桩基础接地，针对高土壤电阻率的恶劣土壤环境可采用半球形砼接地极、接地离子棒、非金属接地模块、铜包钢接地极和长效物理降阻剂等。在施工方法上，可以采用钻探深井接地、深井泥浆泵灌注法、深孔压力岩石裂缝降阻剂法等，还可以在塔架的四周大约五十厘米的地方设置环形铜环导体，在导体大小的选择上，可以根据土壤的电阻率来选择。^[3]在进行风力发电系统外部防雷设置时需要注意的是，要设计八根至十六根垂直接地极，并确保其焊接的稳固性。

2.2加强内部系统防雷保护

在风力发电系统的内部防雷上，主要包含了屏蔽隔离、等电位连接、过电压保护以及引下线四部分。第一，在屏蔽隔离上。雷击过程将产生快速变化的磁场，这会在机舱内或在沿着风机塔筒布置的各类线路中将产生过电压，这一高电压会通过控制线路传导到风机控制控制单元元器件上并产生潜在的伤害，给风机长周期安全运行埋下隐患。技术人员可以在布线时使信号线路或控制线路尽可能缩短还可以通过设置多个平行的电流通路来减小影响，尤其是敏感重要的线路应布置在两端固定的线槽中通过屏蔽来降低过电压。我们还可以利用光纤电缆的帮助，把处理器和地面上的控制器进行连接，对于处理器和传感器而言，再融入直流电源就可以了；第二，是等电位连接。从我国大部分风力发电系统的历史性参数上来看，风力发电系统的风速计和风向标极其容易受到雷击威胁，为对其进行直接保护，就可以使用等电位连接这一方法来加以处理。对于一些容易受到雷击的部位，可以安装避雷针实现等电位接地，特别是风力发电系统机舱当中的金属设备等，可以和机舱的主框进行连接从而实现等电位接地，同时，技术人员也可以在机舱上方安装避雷针来规避雷击，实际上，风电机组机舱尾部的避雷针就兼做风速、风向仪的支撑杆，这样的布置就是对风速风向仪的一种有效保护；第三，是过电压保护。由于电磁兼容性不一样，使得防雷保护的区域也不一样，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、LPZ1、区LPZ2区。在金属塔架接地良好的情况下，叶片、机舱的外部（包括机舱）、塔架外部（包括塔架）、箱式变压器应属于LPZO 区。机舱内、塔架内的设备应属于LPZ1区，这其中包括电缆、发电机、齿轮箱等。塔架内电气柜中的设备，特别是屏蔽较好的弱电部分应属于LPZ2区。在LPZ2区被保护的设备处加装三级浪涌保护器。第一级采用开关型的电涌保护器，第二级和第三级采用限压型的电涌保护器，且各参数必须符合规范要求的最小值，一级标称放电电流In≥15KA（10/350us）或In≥60KA（8/20μs），二级标称放电电流n≥40KA，三级标称放电电流In≥20KA；第四是引下线。引下线作为一种防雷手段，当在对其进行选择的时候，就可以使用引下线的方法把雷电流引入到地下，这种方法和在叶尖处安装接闪器的过程是一样的。

^[4]通常情况下，可以把风力发电系统叶片当中的金属网格和钢丝等作为引下线设计，但该前提下，风力发电系统的叶片金属导体面积需满足设计要求，只有这样，才具备足够的抗雷击能力，确保风力发电系统设备不会受到雷击影响。在我国风力发电系统的防雷技术中，引下线是使用比较频繁也最常见的一种防雷技术，在风力发电系统的外部防雷保护上，则是如上文所述的在叶尖处安装接闪器，外部防雷保护则是设计引下线，把雷电流引入到地底下，确保风力发电系统可以安全稳定运作。

2.3提高线路绝缘水平

在风力发电系统的防雷技术改进上，除了内外部系统防雷技术之外，还必须将线路的绝缘水平进行提高，如果绝缘水平比较低，那么就会使得出现雷电的时候产生过电压，引发闪络事故。因此，技术人员可以通过更换导线来达到目的，比如，可以将原来的裸导线更换成为绝缘导线，并在绝缘子和导线之间增加绝缘皮或绝缘子片数，来降低雷电对线路的影响。

结束语：在风力发电系统中，必须加强防雷保护，才能让风力发电系统长时间保持正常高效运转，在外部系统防雷保护上，主要包含了叶片和接地网两部分，而在内部系统防雷保护上，主要包含了屏蔽隔离、等电位连接、过电压保护以及引下线四部分。防雷技术的应用不但保障了风力发电系统的正常运作，还为风电市场发展提供了有力条件。

参考文献：

[1]王金元.风力发电系统防雷技术改进分析[J].通信电源技术,2019,36(12):96-97.

[2]牛峥,李丹丹,许旌玮,林舒杨,崔佳絮.风力发电系统防雷技术改进分析[J].中国新通信,2019,21(05):139.

[3]顾爽,付学文,魏智娟.风力发电系统雷击过电压技术研究概论[J].内蒙古科技与经济,2017(05):77-78+80.

[4]杨剑虹,常君得,高莉莉,刘一沛,杨扬,樊新宇.风力发电系统防雷技术分析与改进[J].科技展望,2016,26(31):91.