风力发电机组防雷保护系统解析

风力发电机组防雷保护系统解析
随着能源消费方式的变革，风能产业发展日趋迅速，风电机组的防雷成为风电产业发展的重中之重，本文简单介绍了雷电的形成及危害、风电机组防雷的必要性及主要措施。

标签：风电机组；防雷保护；导雷通道
1 雷电的形成及危害
1.1 雷电的形成
雷电的形成过程简单来说，雷云中带有大量的电荷，在静电感应的作用下，雷云的另一侧和雷云下方的地面上（或雷云下方的建筑物等）将带有大量的极性相反的电荷。

据统计，80%-90%的雷云将带有大量的负电荷，当电荷积累到一定程度，即产生强电場，由于叶片等导体尖端的电荷特别密集，尖端附近的电场更是特别强，空气在强电场的作用下发生电离，空气成为导电通道。

1.2 雷电的危害
由于风电机叶片形状多有尖锐部分，尖端电荷特别密集，往往会发生尖端发电。

同时，在强电场作用下，叶片表面曲率大的地方，等电位面密，电场强度剧增，致使它附近的空气被电离而产生气体放电，即电晕放电。

这两种现象发生的同时常常伴随着巨大的能量的变化，叶片温度急剧升高，高温分解叶片周围气体，使其急剧膨胀产生气体爆裂现象，对叶片表面造成损害。

2 防雷的必要性
相对于普通建筑物，风电机具有高空尖的特征。

高：风电机组常常为某个地区的高大建筑物，是一个地区的制高点。

空：风电机组的选址常常在沿海一带或者比较空旷的风力资源优越的地带，这样就决定了风电机组周围环境必定是人烟稀少，建筑物稀稀落落的情况。

尖：风电机组的叶片形状等风电机的主要构件常常有尖锐突起部分，这就为尖端放电的形成提供了良好的条件。

高空尖的特征决定了风电机组遭受雷击的概率极大，造成不可估量的损失，
3 主要防雷措施
3.1 叶片的防雷
①无叶尖阻尼器结构的叶片防护方式由于没有叶尖阻尼器，防雷措施实施起来相对较容易，如下图1所示，叶尖部分的上部铺设有铜丝网，作为接闪器。

叶尖的主体部分内部设有铜导体，铜导体末端与金属法兰相连。

当叶片遭受直击雷时，产生的强大电流便在铜丝网中汇聚于铜导体中，短时迅速的将电流输送至金
属法兰，避免了强大电流对叶片产生的破坏作用。

②有叶尖阻尼器结构的叶片防雷措施实施起来较为困难，如下图2所示，叶尖部分的玻璃纤维中预置金属导体作为接闪器，通过由碳纤维材料制成的阻尼器轴与用于启动叶尖阻尼器的钢丝相连接实验表明，电流达到200KA时，叶片无损坏。

3.2 轮毂的防雷
叶片中的强大电流经导体通道流到轮毂后，由于轮毂本身为金属导体，轮毂防雷的重点便应着眼于叶片与轮毂的连接方式。

①变桨轴承导电方式：通过碳刷和放电间隙利用变浆轴承进行传导雷电流，对于雷电天气较少，雷电强度较低，气候情况较为平和的地方，变桨轴承导电方式较为适合，但是在极端天气情况下，雷电强度较高，雷电天气频率较高的风场，这种方式会大大影响轴承的运行性能和运行寿命。

②软导线连接方式：该方式主要通过软体导线连接叶片和变浆轴承，软体导线充当导雷通道的角色。

但是在该方式下，软体导线将会处于叶片的自转和叶片变桨的双重运动状态下，保持软体导线的稳定性和可靠性是该种方式的难点。

同时，由于软体导线自身的特性，软体导线包皮在输送高频率强大电流过程中，容易老化失效，使得维修周期较短。

目前，采用行业内领先的软硬结合技术，将软体导线固定于钢板之上，会在一定程度上延长维修周期。

3.3 机舱的防雷
电流的泄放通道决定了做好机舱内的各大部件与机舱底部的绝缘处理至关重要，并在高低速轴之间采用绝缘联轴器，以保证百分之分的消除过轴承的电流。

对于机舱的防雷，采用屏蔽和合理布线，以减少雷电电磁脉冲对电子信息系统的冲击。

机舱材料一般采用玻钢材料制成，玻钢材料制造的机壳内表面又常常嵌有金属网，这种设计对雷电电磁脉冲有着良好的屏蔽作用，改善机舱内的电磁环境，保证电子信息系统的正常工作。

风电机组的各个设备常常有金属箱体，同时箱体在运行过程中等电位连接及接地，这种设计也会起到一定的屏蔽作用。

4 结语
在未来风能产业的发展中，风电机的数量必将快速提升，风电机组的防雷措施将会成为风电机组发展过程中的重中之重，防雷技术也必将日趋先进。

参考文献：
[1]王莹，赵燕峰，袁乐.大型风电机组的防雷系统解析[J].风能，2014，（03）：92-96.
[2]康春华，张小青，王芳.风电机组的防雷问题[J].山西电力，2006，（06）：62-64.
[3]李锐.风电机组防雷标准对比及案例分析[J].风能产业，2016：7.
[4]李天密.风力发电机组的综合防雷[J].风能产业，2014：12.。