风力发电系统防雷技术改进分析

风力发电系统防雷技术改进分析

刘铭

华能新能源股份有限公司四川分公司 四川成都 610000

摘要：风力发电作为新型节能发电技术，能有效满足我国国民与有关行业对于电力的基本需求。为有效提升风力发电系统在实际运用中的整体效率，防止其遭受雷电袭击，就必须科学拟定防雷预案，及时改进防雷技术。科学运用有关技术手段可以有效降低雷电灾害产生的负面影响，为我国电力系统今后的安全及稳定运行奠定基础。
关键词：风力发电系统;防雷技术;改进;

引言

作为一种新型的节能技术，风力发电系统在满足人们对电力的需求等方面发挥了重要作用。但是这一技术在应用的过程中容易受到雷电的袭击，进而直接影响了电力系统的正常运行，为人们的生活和生产带来不便。为了进一步提高风力发电系统的使用效率，避免雷电灾害的袭击，就要做好防雷技术。通过利用有效的技术手段规避雷电造成的不良影响，为提高电力系统的安全性和稳定性奠定良好的基础。

1 风力发电机组雷击特性

1. 1. 雷击概率分析来源

发电机遭受雷击之后，各部位遭受袭击的实际概率差距较大，其中叶片遭受袭击的概率在15%～20%，电气系统遭受袭击的概率在15%～25%，控制系统遭受袭击的概率在40%～50%，发电机遭受袭击的概率最小，只有5%。此外，机组的实际高度及长度同雷击面积为正相关关系，与雷击概率也成正比。与此同时，叶片长度与雷击概率同样是正比关系，当叶片长度变长后，其遭受雷击的概率也会上升。而且，同位于上方的叶片相比，位于两侧的叶片更易遭受雷击。

1. 2. 雷电的危害

因为风力发电设备需要靠风力发电才能发电，所以必须在相对空的空间里建设，所携带的叶片必须在空气中更高的高度，使它们更容易受到雷暴的影响。在雷击中，设备中的图纸是主要的加固区域，受雷击影响的区域主要位于图纸顶部，很少对整个图纸造成损坏。但是，风力发电设备的总成本非常高，特别是在叶片方面。暴风雨袭击需要及时修理或更换新设备，但修理和更换费用很高。当一片叶子被闪电击中时，会释放大量能量，导致整个叶子的高温，特别是在叶尖地区，受闪电温度影响的雨水急剧增加，并导致气体膨胀。这会导致更高的机械力破坏叶尖的结构。如果发生严重雷击，整片叶子都会损坏。由于这次袭击的严重负面影响，风力发电设备的防电子设备需要改进，使用和使用技术需要随着时间的推移不断更新，以确保发电正常运行。

2 风力发电系统的防雷改进措施

风力发电设备遭受雷电打击进而损坏的原因较为简单。大多数都是因为雷电造成叶片整体温度飙升，进而使内部磁场发生变化，导致物体被击穿或是击断。所以，为有效防止风力发电机遭受雷击，最重要的就是让电流安全通过，顺利释放入大地。就当前主流防雷措施而言，主要有外部防雷措施及内部防雷措施。

2.1外部系统防雷

2.1.1叶片、机航、塔架防雷

就电力发电设备自身而言，外部构件由机航、叶片以及塔架组成，基于以上多种构件做好防雷措施极为重要。雷电袭击发电设备时，叶片会在温度与膨胀气体的作用下发生爆炸，情况严重时可能会烧毁整个设备。为有效防止类似现象发生，可在叶尖的顶部安放排水管，能使雷击后产生的大量湿气顺利排出，防止气体膨胀。除此之外，叶片自身带有导电装置，然而叶片遭受雷击的概率不是由自身导电性决定的，雷电对设备的破坏程度是由叶片形式决定的。所以，还可在叶尖的顶部安放接闪器，此设备具有自身导电功能，能在叶片遭受雷电袭击时迅速捕捉闪电，将雷电有序引入到大地，防止雷电给叶片带来毁灭性打击。与此同时，为防止风速计或是灯标遭受破坏，可在机舱顶部安放避雷针，选择专用引下线把机舱与塔顶连接起来，此时发生雷电灾害时，电流就不会对其进行破坏，而且还能将电流顺利、有序引入至大地。

2.1.2防雷的接地设计

风扇故障分析损坏了70%的电气部件，电子部件损坏是由闪电电流造成的。接地电位计随接地电阻增大。如果电机组被击中，则必须保证接地。当接地导体电阻较小时，闪电的电压较低，可以快速引导至地球，从而使高电压短于接触电压，使其在接地导体系统设计中必须从总体上考虑。

2.2内部系统防雷

2.2.1等电位连接

同其余设备相比，风速计与风标都极易遭受雷电袭击，针对这一现象，可以选择等电位连接法对其加以保护。要将避雷针与风速计等设备连接起来，之后再将其与地面装置相连接。除此之外，还能将地面装置与机舱金属设备连接起来，进而有效提升防雷效果。

2.2.2屏蔽隔离

屏幕隔离是有效的避免雷电袭击的方法。主要通过光纤电缆使处理器和地面之间实现联系，然后利用屏蔽隔离的方法来降低元件之间的电磁耦合影响。同时，还可以利用分开供电的电源直流做好处理器和传感器的隔离效果。通过长期的实验以及应用，这一方法可以有效确保信号的传输。

2.2.3引下线

防雷引下线和导体具有相同的功能，就是将雷电导入到地下去，进而达到防雷电的目的。这是一种在目前最为常见的防雷技术。因为为了确保安全性，引下线必须和接闪器联通，而且二者还需要与其他的地下装置连接起来，所以，在防雷引下线应用的实际运行中，其过程是比较复杂的。为了达到更好的防雷效果，在选择引下线设计材料时，可以优先选择风电机组叶片的金属网格和电机组叶片的边角材料，同时要注意叶片表面的金属导体是否具有足够大的面积，如果面积不够大，则可能因为不能承受直击雷的影响而导致防雷效果降低。除此之外，为了保护装置的顶部结构，还可以将离散接闪器安装在叶片装置的顶部。

2.2.4过电压保护

由于电磁紧凑与SPD原理的兼容性不同，B+C级SPD可以安装在下部面板上。将信号线连接到开关柜两侧的方法有两种。如果使用光纤，则可以使用光纤装甲层连接到地面并将电流重定向到地球。对于接地的金属导线，可以选择添加信号系统保护，以实现可靠的接地连接。

2.3防弹风电场-{ y:I }-{ y:I }-{ y:I }-{ y:I }-{ y:I }辐射量-{ y:I }-{ y:I }-{ y:I }地下水水位。

风力发电场的电气电子参数和电力设施实力的一般运用，考虑到地形、地形等景观的条件和相应的气象条件，可以作为一个整体使用风电场，同时考虑到经济性。对于容易击中的位置，可以设置多个单独的Pin塔。当闪电束靠近风电场时，可以通过塔上的单独针脚连接器在Pin-up塔上触发闪电，从而有效地保护电气系统免受损坏。

结束语

随着风力发电技术的日益普及，风力发电机的防雷工作也愈来愈显得重要。风力发电是一种清洁无污染的供能方式，为供电系统的正常运转和节能减排的工作奠定了坚实的基础，根据风力发电设备易受雷电袭击的问题，有关部门要做好防雷相关研究的工作。
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