海上风电机组的防雷保护
风力发电机组的气象防雷保护
风力发电机组的气象防雷保护：随着风力发电机组单机容量的不断増大，风机轮毂高度和叶片高点也在不断増高，在旷野、山顶和沿海地区，风机遭受雷击的概率非常大。
从各风场反馈的情况来看，雷击不但是造成风机故障停机的重要因素，甚至直接影响风电场的安全运行。
本文首先从雷电的破坏机理和形式入手，对雷电的防护区域进行了划分，并提出了风力发电机组的防雷保护设计原则和防雷系统工程方案;而后对风机整机系统的防雷保护进行了系统的分析，并提出了具体的防雷保护方法。
标签：风力发电防雷雷电1引言风能是一种绿色、安全的清洁能源，也是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生能源。
近年来，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毅高度和叶轮直径不断增高;同时，高原、沿海、海上等新型风力发电机组的开发，使风力发电机组开始大量应用于高原、沿海、海上等地形更为复杂，环境更为恶劣的地区，更加加大了风力发电机组被雷击的风险。
据统计，风电机组故障中，由遭遇雷击导致的故障占到4%。
电具有极大的破坏力，雷击释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等故障，给风电场带来直接和间接的巨大经济损失，此风力发电机组的防雷保护已日益引起各个风电机组制造厂家和风电机组研发设计人员的重视。
风电机组的防雷是一个综合性的工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风电机组在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风电机组内的各种设备不受损害。
2雷电的产生及危害雷电是雷云间或雷云与地面物体间的放电现象，电位差可达数兆瓦甚至十兆瓦，放电电流几十千安甚至几百千安。
经验表明，对地放电的雷云绝大部分带负电荷，当雷暴经过大地时，云块下方原本负电荷充电的几公里的雷暴范围内的大地可以变为正极充电。
这些正电荷会集中在垂的物体上，比如树木和高耸的建筑物。
这些物体向上释放出正极的放电，并试图与从云块发出的向下的负极放电相结合，当正负电荷相结合时，闪电就发生了。
2.1雷电的破坏形式风力发电机一般都是安装在空旷的地方，并且明显高于附近的建筑物和树木，所以整个风机是暴露在直接雷击的威胁下，尤其是叶片。
风力发电机的防雷解决方案
风力发电机的防雷解决方案(2009-03-02 00:00:54)标签：风机防雷教育分类：行业相关风能是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生洁净能源。
风能发电为人与自然和谐发展提供了基础。
由于风力发电机组是在自然环境下工作，不可避免的会受到自然灾害的影响。
由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径随着增高，相对的也增加了被雷击的风险，雷击成了自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。
雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。
我国沿海地区地形复杂，雷暴日较多，应充分重视雷击给风力风电机组和运行人员带来的巨大威胁。
例如，红海湾风电场建成投产至今发生了多次雷击事件，据统计，叶片被击中率达4%，其他通讯电器元件被击中率更高达20%。
为了降低自然灾害带来的损失，必须充分了解它，并做出有针对性的防范措施。
风机的防雷是一个综合性的防雷工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风机在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风机内的各种设备不受损害等。
一、直击雷防护该风机主体高度约80米，叶片长度约40米，即风机最高点高度约为120米，且大多数风力发电机位于空旷地带，较孤立。
风机的高度加上所处特殊的环境，造成风力发电机在雷雨天气时极易遭受直击雷。
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（LPZ0A、LPZ0B），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LPZ0 区，这些部位是遭受直击雷（绕雷）或不遭受直击雷但电磁场没有衰减的部位。
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。
对与现有风力发电机的 LPZ0 区防雷过电压保护装置进行分析后，在LPZ0 区内，直击雷的防护在没有技术突破的前提下仍然沿用传统的富兰克林避雷方法：利用自身的高度使雷云下的电场发生畸变，从而将雷电吸引，以自身代替被保护物受雷击，以达到保护避雷的目。
风力发电机抗雷击保护标准技术建议
风力发电机抗雷击保护标准技术建议编者按：2009 年7 月29 日，第二届国际海上风电与传输大会在上海召开，会后相关企业领导与技术专家们对风力发电机的雷击现象表示担忧，而国内外也未在这一领域出台适用标准。
因此，本文针对这一尚未解决的技术问题，介绍了相关标准情况，以及美国标准技术专家Bruce Glushakow 的标准制订技术建议，以供相关技术人员参考。
众所周知，风力发电机组通常分散安臵在风能资源比较丰富的各种复杂地形带，如旷野、山顶等，同时风机叶片的高点达100 多米。
在这种情况下，风机极易遭到雷击。
目前，风电机组的单机容量越来越大，随着轮毂高度和叶轮直径的增高，雷击的风险也相对增加，雷击已经成了自然界中对风电机组安全运行危害最大的一种灾害。
雷电释放的巨大能量，会造成风电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。
目前，我国风电行业只能参照其他行业的标准，例如电力标准、气象标准等，同时验收标准也尚未统一。
中科院电工研究所牵头制定的《风电机组的防雷标准》尚未完稿。
在此，本文介绍相关标准的现状，以及国外专家的一些相关建议。
（一）雷电保护标准现有应用于风力发电机的防雷电标准，有如下几项：1.《IEC61024 防雷电结构》；2.《IEC61662 雷电风险评估》；3.《IEC61312 1-5 抗雷电电磁激励》。
目前，世界上还未专门针对风力发电机防雷电制定标准，在实际生产中，主要参考2002 年颁布的IEC/TR61400-24 Ed.1.0，名为《风力发电系统——24 节：雷电防护》。
值得注意的是，在该文件的25 页注明：“此文件仅提供相关信息，非国际标准。
”但不能否定，IEC/TR 614200-24 还是为风力发电机雷电保护相关标准的制定打开了大门。
该文件包含了以下几个重要内容：1. 风力发电机雷击损坏数据报告（章节4）；2. 转子叶片、轴承和齿轮箱等部件雷电保护的综合分析（章节6 与7）；3. 在内容与其他国际标准保持一致的基础上提出，防雷系统必须保证峰值电流200kA 时，风力发电机不受损害（段落5.3）；4. 强调工作重点放在接地和焊接工序。
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。
海洋风电场防雷问题与对策研究
海洋风电场防雷问题与对策研究海洋风电场防雷问题与对策研究海洋风电场是利用风能发电的重要项目之一。
然而，由于其在海上环境中的特殊性质，如长期暴露在潮湿、盐雾和雷电等自然环境中，因此防雷问题成为海洋风电场建设中需要认真研究和解决的关键问题之一。
首先，为了有效防止海洋风电场遭受雷击，我们需要了解雷电产生的原因和规律。
雷电是由于大气中电荷的分离导致的放电现象，其中正电荷主要聚集在云层底部，而负电荷则主要分布在地面和海面上。
当电荷积累到一定程度时，会形成巨大的电压差，从而引发雷电。
其次，针对海洋风电场的特殊环境，我们可以采取一系列的对策来防止雷击。
首先，我们需要在风电场周围建立合适的避雷装置。
这些避雷装置可以通过将金属导体与地面连接来有效地将电荷引导到地面，从而避免电荷在风电场内部积累和释放。
其次，我们可以在风电机组中安装避雷器，它可以迅速将电荷引导到地面，从而保护风电机组的安全运行。
此外，我们还可以利用先进的雷达技术来监测雷电的活动。
雷达可以准确地探测到雷电的位置和强度，从而及时预警并采取相应的措施。
例如，在预警系统中设立报警装置，当雷电活动接近风电场时，可以及时发出警报，从而提醒工作人员采取必要的防护措施。
最后，我们还应加强对风电场工作人员的安全培训。
他们需要了解雷电的危害以及如何正确应对雷电事件。
例如，在雷电活跃期间，工作人员应暂停在海上的作业，并确保在风电场内部的设备和电缆都得到有效的保护。
总之，海洋风电场的防雷问题需要综合考虑，从了解雷电产生原因和规律开始，采取合适的对策来防止雷击。
通过合理设置避雷装置、安装避雷器、利用雷达监测并加强工作人员的安全培训，可以有效地保护海洋风电场的安全运行。
浅谈海上风电场防雷设计
浅谈海上风电场防雷设计摘要：海上风电场分布在沿海地区，而这些地区雷雨天气较为频繁，海上风力发电机组高度通常超过100m，更容易遭受雷击，本文主要对风力发电场的防雷措施进行阐述。
关键词：海上风电场；防雷设计；风力发电机组；海上升压站引言雷云对地放电作为一种强大自然力的爆发，对包括风力机组及升压站内的地面设施极具危害作用，就危害方式而言，主要表现为直接危害作用和间接危害作用两个方面。
在直接危害方面，有雷击产生的热效应和机械效应；在间接危害方面，有雷电电磁感应和电涌过电压效应。
1 海上风电场防雷接地特点（1）海上风电场分布在沿海地区，而这些地区雷雨天气较为频繁，且随着风力发电机组单机容量的增大，机组高度增加，叶片变长，雷云在叶片尖端处的电场畸变严重，当电场强度可以增大到足以产生一次从地面向雷云的向上先导。
由于电场感应作用，在雷暴云底层带电粒子受到吸引而大量集中，在带电粒子集汇处会形成向下先导，与风机叶片向上先导相互影响，相互促进发展。
随着电子越集越多，电场就在这两个局部之间越来越大，而对于海上风力发电机组这种高度超过周围地形100m以上物体，距离雷暴云比较近，较之陆上风机将更容易遭受雷击。
（2）海上机组的维修较陆上而言难度大，费用高，特别在海况恶劣时，维修人员难以接近，故障无法及时排除。
因此，在对海上风电场进行防雷设计时，应将海上风力机组严格按照一类防护等级进行设计。
（3）海上风电场的利用海水和海床散流，使得接地体的相对冲击接地电阻远远小于陆上风电场。
这在一定程度上减小了雷电对于风力发电机组及海上升压站的危害。
（4）在海上风电项目中，由于存在高压长距离海底电缆线路，除了雷电过电压，还可对工频过电压、操作过电压进行分析计算，并采取合适的限制措施。
1.1 雷击对海上风力发电场的危害（1）直接雷击造成的机械效应、热效应、冲击波等损坏，例如叶片击穿、折断、起火等损坏；（2）感应雷造成的感应过电压损坏，电磁感应损坏，例如电气设备模块烧毁、故障失灵、永久失效等损坏；（3）由于雷击造成风机停机，造成发电量损失，带来经济损失。
沿海地区风力发电机组防雷需加强措施的几个方面
摘要：随着世界各国对能源安全的日益重视，加快风力发电技术发展已成为国际社会在推动能源转型发展的共同认识和一致行动。分析影响沿海地区风力发电机组防雷装置的因素，考虑沿海地区风力发电机组遭受雷击损害的特殊性，结合沿海地区风力发电机组的地理位置、地质条件、机组结构特点和施工工艺等因素针对性地提出沿海地区关于风力发电机组防雷需要加强的措施。
目前还由于沿海地区风力发电机组所在地大多为沿海荒地或滩涂，所处地理位置相对偏远落后、经济欠发达，所面临的是高成本、较复杂的环境，行遇到问题，维护非常麻烦。考虑到沿海地区的特殊性，与内陆相比影响风力发电机组防雷装置的主要因素为：
3.2雷暴活动
随着单台风力发电机组发电容量的增加，风机轮毂高度和叶片长度不断提高，总高度甚至超过150m，处在空旷的野外，相对容易遭受雷击。此外，风力发电机组大多数是由绝缘复合材料制成的大型中空结构，如玻璃纤维增强复合材料、木材、复合木板和碳纤维增强塑料作为承载部件[9]。研究表明，上行雷的比例随着高度增加而增加，当高度超过100m，雷击的概率显著提高[10]。沿海地区的雷暴活动相对内陆地区更加频繁。
采用外部防雷装置和内部防雷装置进行综合雷电防护，是风力发电机组达到预期防雷效果的重要途径。按要求布设接闪器、引下线、接地装置和安装SPD外，为防止导线出现感应过电压，应减小通过回路变化的变化磁场和减小回路的面积，可选择使用双绞线或屏蔽措施，将屏蔽层、金属管、线槽的两端接地，对感应或电磁耦合进行防护。电力线路、电气设备、控制柜外壳及次级回路之间的绝缘电阻应大于1MΩ。采取新技术，加强对雷电预警技术和报警信号的应用，利用大气电场仪监测风力发电机组附近的大气电场强度，当到达一定强度引起报警时，应及时启动安全工作程序，最大限度减少雷电可能造成的影响。
风力发电机组防雷保护策略综述
风力发电机组防雷保护策略综述摘要：风电机组的防雷保护由于电气和机械特性而提出了许多问题。
本文以一种简单而全面的方式整理有关目前保护风电机组的现有工作，并提出可能有助于未来保护风电机组免受雷击造成的重大损失的建议。
关键词：雷击，风电机组接地，高压输电线路，防雷，浪涌一、概述目前，在世界上的103个国家，风力发电被用于民用和工商业用电。
风能是世界上增长最快的可再生能源之一。
然而，由于它们的物理尺寸，风电机组特别容易遭受雷击。
因此，本文梳理了有关防雷保护的已知信息，并提出了一些改进建议。
二、风电机组尺寸与雷击的关系在岸上和近海地区的规模继续增加。
众所周知，较大的风电机组被闪电击中的可能性较大。
然而，对于这些设备的保护和增加的高度和离岸安装的综合影响，人们明显缺乏专业知识。
考虑到额定功率，目前大规模应用的单机容量从0.25kW-4500kW不等。
风力发电机的功率输出主要取决于风速、涡轮额定功率和转子直径。
如果转子直径增加，塔架的高度也会增加。
随着风电机组整体高度的持续增长，它们变得越来越容易受到雷击。
三、防雷保护的现状与标准目前风机所采用的防雷系统由防雷点、导线、接地系统和各子系统的浪涌保护装置组成。
采用低阻抗路径是进行防雷工作的前提条件。
外部防雷系统，由以下部分组成：转子叶片中的空气终止和向下导体系统、保护机舱的空气终止系统、上层建筑，机舱，和轮毂。
外部防雷系统用于拦截塔上的直击雷击，包括雷击，并将雷电电流从撞击点引导到地面。
机舱的构造应成为防雷系统的组成部分，以确保闪电击中金属部件；或者在机舱上提供空气终止系统。
对于涂有玻璃纤维增强塑料或类似材料的机舱，应配备空气终止系统并在机舱周围形成笼。
该保护系统基于国际标准IEC61400-24和IEC62305。
防雷系统的所有子部件都应符合IEC61400-24规定的防雷等级(LPL-1)，除非风险分析建议采用较低的LPL-1等级。
内部防雷系统，转子叶片广泛使用的防雷方法是一种能够承载雷电电流的内部避雷导体。
风力发电机组的综合防雷技术措施
风力发电机组的综合防雷技术措施发布时间：2022-08-17T07:32:52.208Z 来源：《福光技术》2022年17期作者：傅永安[导读] 风能作为一种清洁无污染的能源，其利用风力发电所产生的能源成为现阶段我国发展过程中的重要一部分。
而风力发电则需要使用到风力发电机组，风力发电机组的使用过程中却容易受到雷电的危害。
作为风力发电厂的核心装置，对于风力发电机组的保护十分重要。
发电厂在进行生产计划制定的过程中必须要加强风力发电机组的综合防雷，由此来为风力发电机组创造较好的运行环境，避免雷电事故的出现影响到发电厂的整体经济效益以及生产秩序。
傅永安国华（哈密）新能源有限公司新疆哈密 839000摘要：风能作为一种清洁无污染的能源，其利用风力发电所产生的能源成为现阶段我国发展过程中的重要一部分。
而风力发电则需要使用到风力发电机组，风力发电机组的使用过程中却容易受到雷电的危害。
作为风力发电厂的核心装置，对于风力发电机组的保护十分重要。
发电厂在进行生产计划制定的过程中必须要加强风力发电机组的综合防雷，由此来为风力发电机组创造较好的运行环境，避免雷电事故的出现影响到发电厂的整体经济效益以及生产秩序。
关键词：风力发电机组；综合防雷技术措施1雷击所造成的电力危害以及雷击损坏的机理 1.1雷击所造成的电力危害雷击所造的危害是多方面的，其电力方面的危害主要体现在以下几方面，分别是降低效益、损坏设备以及影响供电等方面。
在降低效益方面，主要是从电力行业发展的整体状况而言，雷击会给风力发电机组带来安全生产方面的危害，一旦发生雷击，往往会造成人员安全以及设备安全方面的问题，这就在一定程度上降低了电力企业的经济效益，增加了风力发电的成本。
损坏设备一般指的是严重性的损坏，一般雷击的电流较小时只会对发电机组的表面造成损坏，但雷击电流过大时便会损坏到风力发电机组的内部线路连接，这就很大程度上阻碍了机组的正常运行，也破坏了电力系统的性能。
关于风力机组的防雷重要性及防雷措施
关于风力机组的防雷重要性及防雷措施摘要：风能作为绿色能源的一种，在我国得到政府的大力提倡，因此发展迅速。
据统计，目前全国累计的装机容量已达到1.88亿千瓦。
[1]与此同时，风力发电系统也受各种因素的制约，雷击破坏便是其中破坏力最大且最为常见的一种，它不仅对风力机组装置造成伤害，还对我国风力发电量造成巨大损失。
雷电环境无法避免，但我们可以采取必要的措施来减少雷电对于风力机组的伤害。
关键词：风力机组；防雷；叶片；接闪器引言：由于全球能源的紧缺，风力发电作为一种清洁的、可再生的能源，近些年得到快速发展，已经成为当下技术成熟、开发条件完善的高效能源。
随着风力机组容量的不断扩大，输出功率不断变高，机组塔筒也不断呈现增高趋势。
机组叶片的直径也在不断扩大，同时，风力机组被雷击中的风险也在不断加大，近年来仅风力机叶片的雷击年损坏率就达5.5%[2]，叶片是最易遭受雷击的部位，在机组事故中比例高达20%，由于叶片位于机组的最高位置，非常容易在尖端处放电，进而引发雷击。
且叶片的质量直接决定了接受风能的效率。
因此对风力机组遭受雷击的原因进行分析，由因溯果，找出风力机组防雷措施，解决雷击问题，对于风力机组的正常运转至关重要。
一、叶片遭受雷击的损坏现象及机理风力机组遭受雷击常见的形式有：直击雷式、感应雷式和球形雷式。
机组叶片由于位置较高的原因，非常容易受直击雷的影响，叶片的损坏，大都是直击雷造成的。
通常有热效应、机械效应、电效应三种破坏形式。
风机叶片被雷击的后果通常为叶片裂开（此种为机械损坏），复合型的材料表面呈现灰化以及雷击部位的金属组件被烧毁或者被熔化（此种为热效应）。
最严重的破坏为雷电在风力机叶片内部，形成电弧，雷电释放能量致使叶片结构温度迅速升高，根据热胀冷缩原理，使叶片内部温度升高，压力增大，而叶片层之间存在潮气，内部电弧加热与潮气碰撞，形成巨大的压力，致使机组叶片撕裂，轻则形成裂纹，重则机组叶片完全碎裂。
有时压力波会从受雷击的叶片向其他叶片转移，致使多个叶片损坏。
沿海高山风电机组防雷保护措施探讨
沿海高山风电机组防雷保护措施探讨在我国电力工程建设规模不断扩大的背景下，新能源发电的优势日益体现，其中风力发电具有良好的应用效果，能够有效减少发电产生的资源浪费与环境污染。
风电机组需要建设在风力资源丰富的区域，其中沿海高山区域中风力较强，适合建设风力发电机组，但是需要做好防雷保护措施，确保处于沿海高山的风电机组能够安全运行。
因此，本文将对沿海高山风电机组防雷保护措施方面进行深入地研究与分析，并结合实践经验总结一些措施，以期能够对相关工程有所帮助。
风力发电主要是利用可再生能源中的风力，将其转化为电力能源的一种方式，在我国发电体系中具有重要的作用。
考虑到风力发电的基本特点，一般需要建设在没有遮挡的高山区域，这种地形环境中风力资源较为丰富，尤其是沿海地区的高山区域中，但是由于建设高度较高，存在着雷击隐患问题，所以需要加强对风电机组的防雷保护，采用科学的保护措施，设计完善的防雷保护方案，从而减少雷电天气对风电机组的破坏与影响，提升风力发电效率与稳定性。
1、沿海高山风电机组防雷保护的重要性分析防雷措施在沿海高山风电机组中具有重要的作用，是保障风电机组运行安全的必要措施。
在我国风电机组建设规模不断扩大的背景下，我国沿海高山风电机组建设也在不断完善，但是因为风电机组工程建设规模较大，且建设高度较高容易受到雷击影响，在运行过程中容易受到雷击的影响和破坏，所以必须加强防雷措施建设，提高沿海高山风电机组运行安全性。
根据我国风电机组实际建设经验来看，其容易的雷击事故主要可以分为以下几种类型：（1）直击雷。
直击雷是最为常见的雷电类型，破坏力较强，会在风电机组基础底面的金属物后为形成较高的对地电压，从而对风电机组设备造成破坏。
（2）球状雷。
球状雷大都出现在雷暴天气中，其表面会出现亮度极高的白光或红光火球，具有较强的破坏性。
（3）雷电入侵波。
雷电会入侵风电机组中的金属管道或输配电线路，发电线路和设备的绝缘层遭到严重的破坏。
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
➢ 风电机组采用TN方式供电系统,可以较好的保护风机电 气系统及人员的安全.
➢ TN系统,T：系统中有一点一般是电源的中性点直接接 大地,称为系统接地System Earthing；N：用电设备的 外壳经保护接地即PE线Protecting Earthing conductor与系统直接接地点连接而间接接地,称为保 护接地Protective Earthing.意思就是风力发电机组 宜设一共用接地装置,供所有接地之用对于其他原因必 须分开装设的接地装置,应采取等电位连接,连到共用 接地装置上.
风力发电机的防雷与接地
内部防雷过电压保护系统
风力发电机的防雷与接地
内部防雷过电压保护系统
依据是否可能发生直击雷,雷电流的幅值以及相关 电磁场情况,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LPZ0A、LPZ0B,LPZ1 区 ,LPZ2 区.
风力发电机的防雷与接地
内部防雷过电压保护系统
雷击造成的巨大声波,对叶片结构造 成冲击破坏
风力发电机的防雷与接地
研究表明,物体被雷电击中时,雷电流总是会选择传导性最 好的路径.故针对雷电的这一破坏特性,可以在被击设备内 部构造出一个低阻抗的对地导电通路,这样就可以使设备 免遭雷击破坏.这一原理是整个叶片防雷措施的基础,并且 贯穿于整个风力发电机的防雷系统中.
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
鉴于雷击无法避免的 特性,风力发电机组的 防雷重点在于雷击时 如何迅速将雷电流引 入大地,尽可能减少由 雷电引入设备的电流, 最大限度地保障设备 和人员安全,使损失降 低到最小程度.
对于风力机而言,直接 雷击保护主要是针对 叶片、机舱、塔架防 雷,而间接雷击保护主 要是指过电压保护和 等电位连接.
海上风电机组的防雷保护
分类
(a) 结构示意图
海上风电机组的接地类型
接地名称 保护接地 目的 保护人身安全 雷电流导入地 静电引入地 阴极保护 保证系统正常 获得参考电位 获得基准电位 防止电磁干扰 (b) 防雷接地断接卡
保护接地
防雷接地 静电接地 防腐接地 工作接地
功能接地
逻辑接地 信号接地 屏蔽接地
海上风机接地系统是一个围绕风机基础的环 状导体 , 此导体布置在距风机基础一定距离的水 面或淤泥下 1 m 处,采用 50 mm2 铜导体或直径更 大的铜导体, 并确保接地体始终处于水面下,并且 采用牺牲阳极的阴极保护(如图 6 所示);并引出多 个接地端子,以接不同的地。
2
如对于一台叶轮直径为 100 m,塔筒高为 80 m, 机舱长为 15 m 的风机,在 Ng 为 2 次/(km2·a)的海上 风场,可计算出 N 值为: N =2×2×[15×100+2×130×(15+ 100)+π×1302]×10-6 (3) =0.338(次/a) 式 (3) 针对的风机是常规的小型海上风机 , 其 所处风场的 Ng 是普通雷雨区的数值,因而该计算 值能代表大多数海上风机,其值大于 0.25 次/a,依 据 GB 50057—2010,海上风机的防雷等级应归于 二类。设计时取雷电流幅值 150 kA,波头时间 T1 为 10 μs,半值时间 T2 为 350 μs,滚球半径 hr 为 45 m[4]。
雷电流直接注入相关线路和设备是严重的雷 击现象,会产生巨大的破坏。因而避免雷电流进入 相关的线路和电气设备是防雷的首要任务。实现 这种保护是比较容易的,科学的布置接闪器､接闪 带､引下线､汇流排等,并将其可靠连接。确保雷电 流能够以最短的路径流到引下线,如图 5 所示,雷 电流会首先流过接至接地体的引下线 , 因为该线 路最短､电阻最小,流至机组下部的接地体,从而保 证雷电流不会进入其他的线路和设备。对采用接 闪杆保护的风速仪 ､ 风向标的信号线路应该沿着 金属构件布置并且加以屏蔽､绝缘,以防止雷电流 进入信号线路。
风力发电机组的防雷技术
风力发电机组的防雷技术1 引言随着人们对可再生能源利用价值认识的提高，以及风电机组制造、控制和其它相关技术的不断进步，风力发电在近十几年来的发展非常迅速，到2001年底全世界的风电总装机容量已超过24GW[1]。
与此同时，风电机组的单机容量和风电场的总装机容量也不断增长，因此风电场的安全运行问题也越来越受到人们的关注。
影响风电场安全运行的因素很多，其中遭受雷击是一个非常重要的方面。
随着单机容量的增大，风电机组的塔筒越来越高，再加上大型风电机组一般安装于开阔地带或山地，因此风电机组遭受雷击的概率也较大。
以德国风电场遭受雷击的情况为例。
德国风电部门对近年来该国风电机组的故障情况进行了统计，其中1992~1999年间风电机组雷击事故情况如表1所示[2]。
由表可见，多年以来德国风电场每100风机年的雷击数基本维持在10 %左右。
另外，调查结果还表明，在所有引发风电机组故障的因素中，外部因素（如风暴、结冰、雷击以及电网故障等）占16 %以上，其中雷击事故约占4%。
由于雷电现象具有非常大的随机性，因此不可能完全避免风电机组遭受雷击，只能在风电机组的设计、制造和安装过程中，采取防雷措施，使雷击造成的损失减到最小。
本文从雷电发生的机理和雷击过程入手，对风电机组的防雷技术进行了阐述分析。
2 雷击损坏机理雷电现象是带异性电荷的雷云间或是带电荷雷云与大地间的放电现象。
风电机组遭受雷击的过程实际上就是带电雷云与风电机组间的放电。
在所有雷击放电形式中，雷云对大地的正极性放电或大地对雷云的负极性放电具有较大的电流和较高的能量[3,4]。
雷击保护最关注的是每一次雷击放电的电流波形和雷电参数。
雷电参数包括峰值电流、转移电荷及电流陡度等。
风电机组遭受雷击损坏的机理与这些参数密切相关。
（1）峰值电流当雷电流流过被击物时，会导致被击物温度的升高，风电机组叶片的损坏在很多情况下与此热效应有关。
热效应从根本上来说与雷击放电所包含的能量有关，其中峰值电流起到很大的作用。
风电防汛、防风、防雷”三防专项应急预案
风电防汛、防风、防雷”三防专项应急预案风电防汛、防风、防雷”三防专项应急预案一、概述为了防范和减少风电站在面临极端天气条件下的损害和风险，这份“风电防汛、防风、防雷”的三防专项应急预案总结了风电站特定的预警、预防、应对和恢复工作措施。
它可以在切实保障人员生命安全的前提下，保护风电站的财产和设施，减少因不当处理显著不同气象条件所造成的潜在风险和损害程度。
二、预警机制(1)政府、社区和媒体的预警:政府和社区应当密切监测气象条件，并通过媒体向大众发布预警通告，增强公众防范意识，加强安全宣传。
(2)国家气象局的预警:国家气象局应当在气象影响范围内发出预警通知。
此外，地方气象部门、环保部门等业务部门也应及时发布警告。
(3)风电站的预警：风电站应加强对气象问题的关注，并在恶劣天气到来前采取措施征求咨询。
三、防范措施(1)风电场的设计，应考虑防风的因素，采取合理办法降低建筑物对环境的影响，提高设备稳定性。
(2)风电机组的建造和管理，应满足抗风评估要求。
同时也应当注意保护风机群，避免降雪或冰形成。
(3)防汛措施:风机控制室和变电站应远离洪水，应对可能出现的漏水做好备份措施。
(4)防风措施:加强维护，保证风机的强度和可靠性；风电场的运维人员应当注意监测风向、风速的变化，及早发现并重视极端气象条件下的可能隐患。
(5) 防雷措施:风机应当采用保护设备和设备接地措施，减少雷击可能，避免由于雷击等情况造成设备损坏。
四、应急响应机制(1)恶劣天气到来时，风电场的运维工作人员应当立即启动应急预案，对风机进行检查，查清是否有人员被困，对已经受到影响的设备和机组采取隔离措施。
(2)考虑实施紧急通讯、后备供电等措施，以保证设备运作的连续性。
(3)在恶劣气象前，应当开展消防演练，进行本地灾害应急响应计划的审核，确保系统稳定，有效的应对全系列电力问题。
五、应急恢复机制(1)当气象问题消除后，风电站的运维工作人员应当及时检查设备，确保其正常运转，并修复已经受损的设备。
风力发电防雷综合防护
浅析风力发电系统雷电综合防护摘要：风力发电作为一种新型能源，正在受到越来越多的应用。
而与风力发电机运行直接相关的防雷问题也就十分突出了。
本文通过对国家所颁标准中有关规定的理解以及雷电知识的掌握，阐述了风力发电系统雷电综合防护的具体要求，并给出了一些看法，这对风力发电系统的防雷工作有着重要的现实意义。
关键词: 防雷、风电、雷击、接地不可再生资源日益匮乏的今天，风力发电作为一种可再生并无污染的新型能源，正在受到越来越多的应用。
我们在享用风力发电带来的好处的同时，也要时时关心下风力发电的安全问题，这其中就包括风力发电系统的防雷安全。
如今，每年发生的雷电等自然灾害越来越多，雷击成了自然界中对风电机组安全运行危害最大的一种灾害。
在过去的几年中，因雷击造成的风电机组损坏已是一个公认的越来越严重的问题。
雷电释放的巨大能量，会造成风电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。
统计资料显示，从1991年到1998年，德国全部的1498台风电机组共发生738起雷击故障事件。
我国风电场所处位置的地质和气候相对复杂，风电机组遭到雷击的事故也经常发生。
我国红海湾风电场建成投产至今发生了多次雷击事件。
其中，叶片被击中率达4%，其他通讯电器元件被击中率更高达20%。
若风电机组遭受雷击，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。
风电机组安装数量的增多，单机容量越来越大，随着轮毂高度和叶轮直径的增高，相对也增加了被雷击的风险，使得雷击破坏发生率比预期的有所扩大，维修费用已达到不可接受的水平。
随着风电机组单机容量加大以及风电机组向海上发展，雷击故障对风电机组运行可靠性产生重大影响。
特别是当多台大型风电机组安装在风电场同时使用时，因一次雷击导致多台大型风机停运的潜在损失是不可接受的。
架空线、变电站和发电厂等其他电气设施的周边或上方可有针对性地设置保护性导体。
与这些设施不同，风电机组因其实际尺寸和性质上的特点，它的防雷问题也不同。
风电机组的防雷保护分析
风电机组的防雷保护分析摘要：近年来我国风电厂建设规模提升较快，风电厂的安全运行对于风电能源的使用具有直接影响。
本文从风电机组雷击破坏原理和具体形式分析入手，探讨了风电机组防雷保护的原则与具体措施。
关键字：风电机组，防雷保护1 引言现阶段开发技术最先进，开发规模最大的可再生能源是风能，风电能源已经成为我国新能源产业中不可缺少的组成部分。
我国风电机组的装机容量逐年提升，大直径叶轮建设规模不断提升，同时能够在复杂环境中应用的风电机组研制速度加快，使得我国风电机组在海上、高原、丘陵及平原地带广泛建设。
雷电释放过程会对风电机组造成巨大的损害，其中包括叶片损坏、控制元器件损毁、绝缘击穿等。
分析风电机组的防雷保护，对于保证风电机组在雷雨天气时的正常运行，提升风电机组的安全运行效率具有重要意义。
2 雷电对于风电机组的破坏原理雷电是带电荷雷云与大地之间的强烈放电现象，而雷电对于风电机组的破坏，可理解为带电雷云和风电机组之间的放电现象。
分析风电机组的防雷保护，最重要的是科学判断雷击放电过程中的雷电参数和电流波形，与风电机组破坏关系最密切的包括峰值电流和电流陡度等。
统计雷电破坏对于风电机组的影响，主要表现为以下4种形式，首先是设备直接遭雷击而造成损坏，其次是雷电产生的能量沿着设备中的信号线或电源线侵入内部，导致元器件损坏，再次是接地设备在雷击时遭遇瞬时高电压而损坏，最后由于设备的安装不当，容易受到雷击电场或磁场的影响，导致元器件灵敏度失调。
（1）峰值电流。
当雷击电流经过风电机组时，会导致风电机组温度急剧上升，内部元器件容易在热效应的作用下损坏。
进一步分析热效应强度，主要是与雷电释放的能量大小有关，这其中最核心的参数就是峰值电流。
与此同时，当雷电能量流经风电机组时，会产生较大的电磁力，部分情况下会导致叶片等弯曲断裂。
（2）电流陡度。
风电机组在遭受雷击的过程中经常会造成控制系统或电子器件损坏，其主要原因是存在感应过电压。
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机电技术
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海上风电机组的防雷保护
周英华 刘 晶 郭廷福
(江苏省(新誉)风电装备技术研究院,江苏 常州 213011) 摘 要:海上风电机组由于所处的环境特殊,对可靠性要求远高于陆上风电机组。而防雷与接地系统设计的是否合理,
对机组可靠性有重大影响;雷击会对机组造成致命性的破坏,接地系统不可靠会极大的影响机组的工作稳定性。文中简要 介绍了海上风机防雷与接地系统的设计原理。 关键词:海上风电机组;防雷保护;接地 中图分类号:TK83 TM862 文献标识码:A 文章编号:1672-4801(2012)06-077-04
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如对于一台叶轮直径为 100 m,塔筒高为 80 m, 机舱长为 15 m 的风机,在 Ng 为 2 次/(km2·a)的海上 风场,可计算出 N 值为: N =2×2×[15×100+2×130×(15+ 100)+π×1302]×10-6 (3) =0.338(次/a) 式 (3) 针对的风机是常规的小型海上风机 , 其 所处风场的 Ng 是普通雷雨区的数值,因而该计算 值能代表大多数海上风机,其值大于 0.25 次/a,依 据 GB 50057—2010,海上风机的防雷等级应归于 二类。设计时取雷电流幅值 150 kA,波头时间 T1 为 10 μs,半值时间 T2 为 350 μs,滚球半径 hr 为 45 m[4]。
2010 年以来,在陆上风电飞速发展的同时,海 上风电的发展也引起了各厂商和投资商的高度关 注。海上风电机组由于其所处环境与陆上机组不 同,而具有其特点。 由于机组的容量越来越大,单机 成本越来越高､叶片越来越长､整机高度不断增高 [1] ;海上雷雨多､且无遮挡物､易受雷电袭击;维修不 便､ 且成本高昂; 环境恶劣 ､易受腐蚀; 所以海上风 电机组无论建造还是维修成本都远高于陆上风电 机组,因而对可靠性提出更高的要求。而防雷与接 地系统对风电机组的可靠性有重大的影响 , 雷击 可对机组造成根本的破坏 , 设计不良的接地系统 会极大的影响机组的工作稳定性。所谓风机防雷 就是通过拦截､疏导､最后泄放入地的一体化系统 方式 , 以防止由直击雷或感应过电压对风电机组 本身或其内部设备造成损害的防护技术[2]。
图3
叶片的防雷形式
弧型过渡。机舱采用金属法拉第笼式结构,则金属 板的厚度不得小于 4 mm,且在机舱内部沿机舱金 属板设置承载电流强的导电轨。凸起的风向标和 风速仪支架上部必须安装接闪杆 , 接闪杆的高度 必须确保 45 m 的滚球不会接触到风速仪和风向 标 , 接闪杆应优先采用镀锌圆钢 , 且直径不小于 机舱接闪带,风速仪､风向标上接闪杆直接 16 mm。 相连,且连接处不少于 2 处,采用专用的引下线引 至机舱底架汇流排[6]。
直径 W 为最宽,因而在计算 Ae 时,应将风机近似为 一个高为 H ,长为 L ,宽为 W 的规则几何体进行等 效计算。由于风机的高度大于 100 m,周边无遮挡 物,因而其每边的扩大宽度应按风机的高计算; 风 机的等效面积计算如下:
2 6 Ae LW 2 H L W ) H 10
图2
侧击雷对叶片的影响
因而 , 叶片防雷要采用避免雷电流流过叶片 的玻璃钢材料。对陆上风机常在叶尖处设置接闪 器,在叶腔内设置导电铝条,雷电流将自接闪器经 导电铝条流至叶根处的碳刷导入轮毂 , 而轮毂是 由金属铸造而成,且成圆球型,具有较大的承载雷 电流的能力; 雷电流经轮毂流向传动系统,通过主 轴传至机舱 , 在主轴设置金属刷将雷电流引至机 舱底架的汇流排。而海上风电的叶片很长,且容易 腐蚀､叶片易受到侧击雷的袭击(如图 2 所示)。因 而海上风电的叶片要将叶尖处的接闪器改为不锈 钢叶尖接闪器,增大接闪器的面积(如图 3 所示);同 时用不锈钢丝网贴在叶片两面 , 将叶尖与叶根及 叶片内的导电铝条连为一导电体 ; 将叶尖的雷电 引导至机舱底架汇流母排,防止雷击叶片主体[5]。
(2)
1
海上风机防雷等级的确定
图1 常规风机外形图
海上风机虽属于一般性工业建筑物 , 但其孤 立在海平面上,高度超过 100 m,且四周无高的建 筑物,在海上雷雨多发的地带,极易遭受雷击。 在风 [3] 机设计时应准确确定风机的防雷等级 。 风机年预计雷击次数按下式计算: N k Ng Ae (1) 式中: N ——风机年预计雷击次数,次/a; k ——校正系数,对于海上风机取 2; Ng —— 风场地区雷击大地的年平均密度 , 次/ (km ·a); Ae ——与风机截收相同雷击次数的等效面 2 积,km 。 风机的外形是不规则的(如图 1 所示),叶片所 处的高度 H 为最高､机舱的长度 L 为最长､叶轮的
2
海上风机的外部防雷
作者简介:周英华(1976-),男,讲师,硕士,研究方向:风力发电系统控制及电网接入系统｡ 刘晶(1980-),男,工程师,研究方向:风电叶片结构及模具开发｡ 郭廷福(1975-),男,工程师,研究方向:风电机组结构设计及载荷计算｡
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机电技术
2012 年 12 月
海上风机的外部防雷主要是指处于 LPZ0A 区域的部件 , 这些部件都处于滚球可以袭击的部 位。防直击雷主要有叶片､轮毂､机舱､风向标､风 速仪等;防侧击雷主要有塔架; 防回击雷主要有输 出电力的电缆和传输信号的光纤。
(a) 陆上叶片
2.1
叶片､ 轮毂防雷
(b) 海上叶片
叶片处于最高位 , 极易受雷击 , 是风机防雷的 重点部件。雷电流是电流源,其单位能量取决于雷 电流的大小 , 而发热量取决于导体的电阻和单位 能量的乘积,电阻越大,则发热量越大。 当常规玻璃 钢叶片遭受雷击时,由于玻璃钢的电阻大,其发热 量大,同时玻璃钢材料中含有一定的水分,会导致 水的气化,产生巨大的压力,从而使叶片爆裂。
图4
架高度在 100 m 左右,其必然会 受到侧击雷的袭击 ; 但塔架本体是由金属焊接而 成,具有良好的疏导雷电流的能力,在塔架的法兰 处,应设跨接导线,连接地点不少于 3 处,且导线能 够瞬时承载 150 kA 的雷电流的能力,在塔架下部 连接至机组接地体。