风电系统过电压保护与防雷接地对策

风电系统过电压保护与防雷接地对策

张帆宇

云南华电福新能源发电有限公司，云南昆明 650000

摘要：风力作为一种可再生清洁能源，将之运用到电力领域当中，不仅可以减少资源消耗，还能满足人们日益增长的电力需要。然而受到风电系统过电压保护和防雷接地缺乏明确国家及行业标准影响，导致风力发电和风电场设计缺乏有效指导，风电系统稳定可靠运行也势必会受到影响，要求加强风电系统过电压保护与防雷接地研究与分析，并提出极具针对性对策，取得提高防雷接地可靠性和确保风电系统安全稳定理想效果。鉴于此，对风电系统过电压保护与防雷接地对策展开深入探究。

关键词：风电系统；过电压保护；防雷接地；对策；分析

随着现代科学技术不断发展，风能利用愈发成熟，涉及到的风能开发项目也日渐增多，并对风电系统运行安全性、稳定性和可靠性提出更高要求。特别是在过电压保护和防雷接地设计上面，由于我国尚没有相关国家标准和行业标准，这项工作开展就受到极大桎梏，并对风电系统实际运行和工作效果产生极大影响^[1]。本文围绕风电系统过电压情况，从直击雷保护、感应雷保护、机制配套升压设备保护和接地设计四方面入手，对风电系统过电压保护与防雷接地有效对策进行细致阐述，并结合实际工程案例，详尽探讨过电压保护和防雷接地方案的设计与实现，希望可以发挥参考作用。

1、风电系统过电压分析

风电系统过电压主要有两种情况，具体表现为：（1）外部过电压，外部过电压主要是由大气中的雷云对地放电导致，脉冲特性十分明显，并且直击雷过电压的幅值可以达到上百万伏，不仅会对电工设施绝缘造成破坏，还会引发短路接地故障。而感应雷过电压则是雷闪击中电工设施附件地面，并在放电过程中受到电磁场变化影响，最终导致未遭受雷击的二次设备和通信设备感应出过电压^[2]。（2）内部过电压，这一情况出现是因为电力系统运行方式发生改变所引发的过电压，其中暂态过电压现象，主要是受断路器操作失误、出现短路故障等因素影响，导致电力系统历经波动到暂时稳定过程；谐振过电压现象则是电感电容在某些接电方式下与电源频率发生谐振影响，进而出现较短时间过电压情况。

2、风电系统过电压保护与防雷接地有效对策

为保证风电系统稳定可靠，就要对过电压保护与防雷接地引起关注，并做好以下工作：（1）直击雷保护，针对风电系统的发电机出口，需要借助箱式变压器对其进行升压，并且考虑到风电机组距离地面比较高，相应接地防雷系统也较为完善，这时候就要将注意力放在风电场升压站内，特别是在电气设备方面，主要采用户内型进行设置，要实现直击雷保护，就可以对屋顶设置避雷带措施加以运用，若电气设备布置在户外环境，就要充分考虑电气设备是否会受到直击雷影响，并通过设置避雷针、避雷线等进行保护^[3]。（2）感应雷保护，针对风电机组和配套箱内存在的容易受到破坏的设备，需要结合实际进行避雷器、电涌保护的配备，再加上箱式变电站主要是由电缆与机组和系统进行连接，实际操作就要考虑感应雷过电压带来的影响，并在变压器高压侧对金属氧化锌避雷器进行安装，在低压侧则对电涌保护器进行安装，以对机组内部电子元件实施保护。（3）机组配套升压设备保护，为防止雷电波对风电系统配电装置带来不利影响，就要在风电场高压配电装置母线和架空线入口处，对氧化锌避雷器进行设置，并且在低压侧对第一级电涌保护器进行安装，实际设置也要注意计算和控制避雷器与主变器间的最大电气距离，以促进避雷器保护作用得到充分发挥^[3-4]。（4）接地设计，在对风电机组、升压站进行接地设计时，除了要严格遵循相关规范要求以外，还要对接触和跨步电位差进行认真仔细核对，然后根据所在地区实际地形地貌，对自然接地体进行有效利用，并采用深井、扩网等方式进行操作，若工作中出现接地电阻无法满足实际要求情况，就需要对其进行有效调整，并结合实际考虑是否要采取隔离措施，若土壤电阻率比较低，则有必要对接地网进行保护，以防止其受到腐蚀影响。

3、风电系统过电压保护与防雷接地方案设计与实施

某风电场总共安装了60台750kW国产风电机组，并采用两级升压方式，其中风电机出口电压为690V，并在每台风电机附近配备了箱式变电站，在每20台风电机组形成一个联合单元以后，由3回35kV电缆线路送至升压站，并经过升压站主变压器再次升压至110kV后送入风电系统^[4]。整个风电场处于海拔2000~2800m的高山上，并且风电机所处地区主要是由表土、基岩和风化岩构成，无论是土壤电阻率，还是风化岩电阻率都比较高，介于1000~3500 m之间。

在以风电机组作为中心，对单台风电机组接地装置的有效冲击范围进行计算以后，发现一些风电机的冲击接地电阻不满足相关要求，需要采取有效措施进行降阻，并在接地竣工以后进行检测试验，确保风电机组接地电阻均能够满足实际要求。在建筑物的防雷保护配置方面，对于升压站可以采用2根高度为35m的独立避雷针对直击雷进行防护，而建筑物则可以在屋顶设置避雷带，取得理想直击雷保护效果，实际操作中需要对避雷针和避雷带可以发挥保护作用的范围进行计算和分析，并对屋面存在的所有金属构件加以关注，通过金属构件与避雷带进行可靠焊接，并将建筑物立柱主钢筋作为引下线，每隔10~20m对引下线接地加以设置，可以避免受到雷电影响

^[5]。在升压站接地配置方面，需要根据相关规定要求，对所有电气设备外壳、设备架构、管道、电缆支架等进行可靠接地，并且对于升压站接地系统，也要对总的接地网进行有效设置，将之与工作、保护和过电压等接地有效结合起来，就会形成一个联合接地体，并严格遵照电气装置安装工程接地装置施工及验收规范进行施工。实际操作中，要对接地电阻加强控制，当升压站接地电阻阻值不能满足相关要求时，就要根据实际情况采取扩网、外引接地体、加降阻剂等措施进行妥善解决，而升压变电站的主接地网最好是以水平接地体为主，一般情况下会选择热镀锌扁钢和热镀锌钢管作为主要材料，并在将接地网四周拐角做成圆弧状以后，采用焊接方式进行水平接地体之间有效连接，针对塔基四周、攀登塔梯等人员经常活动区域，也要对人身安全进行充分考虑，并积极采用铺设砾石、增设水平均压带等措施进行保护^[5-6]。

4、结语

本文是对风电系统过电压保护与防雷接地对策的探究，随着社会经济不断发展，人们用电需求也日渐增加，而快速发展的科学技术，为风力发电研究与实现提供有力技术支撑，并且经过多年探索，风电系统已经得到较为广泛应用。然而受到风电机组多数为国内机组或国外引进机组影响，在防雷和过电压保护上执行的标准要求就存在一定差异，进而对风电系统运行安全和可靠构成极大威胁，要求对风电系统过电压情况加强了解与分析，并结合实际采取对应措施，对风电系统进行过电压保护和防雷接地设置，在防止风电系统遭受雷电影响的同时，防雷可靠性和系统安全稳定性也能得到极大保障。

参考文献：

[1]朱杰.风电系统过电压保护与防雷接地及其设计[J].山东工业技术,2015(05):213.

[2]陈超骏.风电系统防雷及过电压保护措施探讨[J].江西电力,2014,38(01):81-83.

[3]李萌.探讨高速公路机电系统中过电压保护和防雷接地的设计[J].科学技术创新,2020(33):130-131.

[4]王克,汪天呈,甘瑜前.风电机组过电压保护与防雷接地保护设计研究[J].机电信息,2020(26):128-129.

[5]崔鹏飞.高速公路机电系统过电压保护与防雷接地设计研究[J].黑龙江交通科技,2015,38(12):199+201.