风力发电机雷电防护
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图（5）主轴接地示意图
外部防雷措施
图（6）机架接线柱位置示意图
外部防雷措施
• 机架与塔筒的连接采用碳刷与防雷引弧爪并联方式，连接 点为2处，碳刷数量共4个。碳刷通过偏航制动器防雷支架 固定在偏航制动器的支座上，安装后与偏航制动器的压力 大约150N。安装前需将偏航制动器内圆周面的油漆与污 渍清理干净。装配示意图如图（7）：
防雷系统的思路
• 通过外部防雷装置将雷电与雷电电磁脉冲的能量泄放到大 地，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将 多余能量在引入通信系统之前泄放入地；层次性就是按照 所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行削弱。
• 等电位就是保持系统各部分不产生足以致损的电位差。由 可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线和等电位连接 器（防雷器）组成一个电位补偿系统，在瞬态现象存在的 极短时间里，这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统 所处区域内将所有导电部件之间建立起一个等电位区域， 使得所有导电部件之间不存在显著的电位差。
• 根据IEC61400－24风力发电机系统-防雷保护，结合WEC MINGYANG 1.5 MW Lightning Protection（Aerodyn）， 在此我们把明阳风力发电机按照一类防雷进行设计。
• 参数(防雷保护等级1)
风力发电机雷电防护区域 的划分
• 雷电防护区的提出，是为保护风机系统里的元件。风机系 统可以分为几个不同的区域。雷电防护系统依据标准制定 划分区域，目的是为了减少电磁干扰与可预见的耦合干扰 。
风力发电机雷电防护区域 的划分
• LPZ 1 可选择SPD保护设备，存在电涌破坏的危险，电磁场由于 屏蔽作用已经减弱。 这类区域包括：轮毂内部；机舱电控柜内部；发电机接线 盒内部；照明系统；机舱与塔筒的线缆；塔筒内部；箱式 变电站内部；
• LPZ 2…n 电涌破坏进一步减弱，电磁破坏影响更小 这类区域包括：变桨控制箱内部；塔基控制柜内部；箱式 变电站开关柜内部；
建筑物电子信息系统防雷
• WEC MINGYANG 1.5 MW Lightning Protection （Aerodyn）
防雷设计遵循原则
• 风机的接地电阻值应不大于4欧姆。 • 与风机结合在一起的所有的金属件都应等电位连接在一起
，并与防雷装置相连。 • 接地系统有直通大地的连接，等电位连接网不应设单独的
外部防雷措施
• 通过70mm2铜编织带缠绕硅胶条柔性连接的方式将叶片和 轮毂等电位连接。如图（4）所示。 图（4）叶片至轮毂的连接
外部防雷措施
• 风机的主轴接地利用与锁紧盘连接的两个接地铜刷通过 70mm2铜编织带连接到机架。接地示意图如图（5）。 具体装配方法及要求详见图纸1－MF－660－000－A、 图纸1－MF－670－000－A。机架的接线柱如下图（6 ）所示。
• LPZ 0A 有直击雷侵袭的危险，完全处在电磁场环境中，完全具有 雷击电涌破坏的可能。 这个区域包括：叶片；机舱罩；气象桅杆避雷针系统；塔 架
• LPZ 0B 没有直接遭受雷击的危险，但电磁场环境与雷电电涌没有 任何减低。 这类区域包括：风向仪；风速仪；航标灯；机舱内部；发 电机；齿轮箱；液压系统；传动系统；电气控制柜；
外部防雷措施
• 1、气象桅杆做成避雷针的形状。在气象桅杆的合叶连接 的上端面通过35 mm2导线以最短连接方式连接到机架接 地点上，接地电缆应保持一定的松紧度，不宜拉的太紧， 以免因为热胀冷缩而损坏。接地电缆安装尽量做到短、直 。气象桅杆避雷针的连接法兰采用35mm2接地电缆跨接， 跨接前应将接线端子与法兰的接触面的油漆去掉。
图（1）气象桅杆法兰跨接示意图
外部防雷措施
图（2）机架气象桅杆接线柱位置示意图
外部防雷措施
• 2、叶片尖端装有雷电捕捉器，捕捉器截面积大约 200~300mm2。雷电捕捉器通过叶片内部的70mm2接地电 缆连接到叶片根部法兰处，每个叶片接地线底部安装有一 个雷电峰值记录卡。如图（3）所示：
如图（3）叶片正面形状及防雷电结构示意图
风力发电机防雷保护方案
设计依据，标准、规范
• IEC61024-1
建筑物防雷 第一部分 通则
• IEC/TR 61400-24 风力发电机系统-防雷保护
• IEC61312-1 部分 通则
雷电电磁脉冲的防护 第一
• GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范
• GB 50343-2004 设计规范
图（10）发电机转子外部接地点
• 发电机定子与变频柜接地连接采用240mm2电缆。 • 变频器与塔内接地环采用240mm2接地电缆可靠相连，保
等电位连接
• 机舱柜 门和侧板使用6mm2的电缆进行跨接。 控制柜带有一个可靠的外部接地点，这一点通过35mm2 的电缆与机架接地点进行最短距离连接。控制柜外部接地 点如图（9）所示。
图（9）机舱控制控制柜外部接地点
等电位连接
• 发电机转子接地点与机架接地点相连。选用95mm2电缆进 行连接。发电机转子外部接地点如图（10）所示
接地装置。 • 防雷接地、交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地
、防静电接地共用一组接地装置。 • 接地装置应利用风机的自然接地体，当自然接地体的接地
电阻达不到要求时必须增加人工接地体。 • 接地设计必须遵守国际标准和规范。
10 3 3.58
风力发电机雷电损坏风险评估
雷击大地的年平均密度 Ng＝0.1×Td Td—年平均雷暴日。这里根据湛江气象站资料，为96次/年
。 Ng＝0.1×96
＝9.6 雷电直接击中平地上风机的年平均频率 Nd＝Ng×9πh2×10-6 ＝9.6×9π×1002×10-6
＝2.71 在小山或者丘陵的风力发电机遭受雷击的概率为平地风机的
2倍。 防雷保护系统效率 E ≥（1－ 10-3/3.58 ）×100％ E≥99.7％
防雷保护级别及其参数
图（7）偏航轴承刹车制动盘碳刷装配示意图
பைடு நூலகம்
外部防雷措施
• 从塔内接地环预留端子引出一条240mm2接地电缆，与机 架接线柱可靠相连，使机架可靠接地。接地电缆要求最短 。此电缆通过解缆系统时，在保证安全的情况下保持最短 的线路和最小的感应率。机架接地点如图（8）中红色接 线柱。
图（8）机架接地点示意图
外部防雷措施
图（6）机架接线柱位置示意图
外部防雷措施
• 机架与塔筒的连接采用碳刷与防雷引弧爪并联方式，连接 点为2处，碳刷数量共4个。碳刷通过偏航制动器防雷支架 固定在偏航制动器的支座上，安装后与偏航制动器的压力 大约150N。安装前需将偏航制动器内圆周面的油漆与污 渍清理干净。装配示意图如图（7）：
防雷系统的思路
• 通过外部防雷装置将雷电与雷电电磁脉冲的能量泄放到大 地，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将 多余能量在引入通信系统之前泄放入地；层次性就是按照 所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行削弱。
• 等电位就是保持系统各部分不产生足以致损的电位差。由 可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线和等电位连接 器（防雷器）组成一个电位补偿系统，在瞬态现象存在的 极短时间里，这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统 所处区域内将所有导电部件之间建立起一个等电位区域， 使得所有导电部件之间不存在显著的电位差。
• 根据IEC61400－24风力发电机系统-防雷保护，结合WEC MINGYANG 1.5 MW Lightning Protection（Aerodyn）， 在此我们把明阳风力发电机按照一类防雷进行设计。
• 参数(防雷保护等级1)
风力发电机雷电防护区域 的划分
• 雷电防护区的提出，是为保护风机系统里的元件。风机系 统可以分为几个不同的区域。雷电防护系统依据标准制定 划分区域，目的是为了减少电磁干扰与可预见的耦合干扰 。
风力发电机雷电防护区域 的划分
• LPZ 1 可选择SPD保护设备，存在电涌破坏的危险，电磁场由于 屏蔽作用已经减弱。 这类区域包括：轮毂内部；机舱电控柜内部；发电机接线 盒内部；照明系统；机舱与塔筒的线缆；塔筒内部；箱式 变电站内部；
• LPZ 2…n 电涌破坏进一步减弱，电磁破坏影响更小 这类区域包括：变桨控制箱内部；塔基控制柜内部；箱式 变电站开关柜内部；
建筑物电子信息系统防雷
• WEC MINGYANG 1.5 MW Lightning Protection （Aerodyn）
防雷设计遵循原则
• 风机的接地电阻值应不大于4欧姆。 • 与风机结合在一起的所有的金属件都应等电位连接在一起
，并与防雷装置相连。 • 接地系统有直通大地的连接，等电位连接网不应设单独的
外部防雷措施
• 通过70mm2铜编织带缠绕硅胶条柔性连接的方式将叶片和 轮毂等电位连接。如图（4）所示。 图（4）叶片至轮毂的连接
外部防雷措施
• 风机的主轴接地利用与锁紧盘连接的两个接地铜刷通过 70mm2铜编织带连接到机架。接地示意图如图（5）。 具体装配方法及要求详见图纸1－MF－660－000－A、 图纸1－MF－670－000－A。机架的接线柱如下图（6 ）所示。
• LPZ 0A 有直击雷侵袭的危险，完全处在电磁场环境中，完全具有 雷击电涌破坏的可能。 这个区域包括：叶片；机舱罩；气象桅杆避雷针系统；塔 架
• LPZ 0B 没有直接遭受雷击的危险，但电磁场环境与雷电电涌没有 任何减低。 这类区域包括：风向仪；风速仪；航标灯；机舱内部；发 电机；齿轮箱；液压系统；传动系统；电气控制柜；
外部防雷措施
• 1、气象桅杆做成避雷针的形状。在气象桅杆的合叶连接 的上端面通过35 mm2导线以最短连接方式连接到机架接 地点上，接地电缆应保持一定的松紧度，不宜拉的太紧， 以免因为热胀冷缩而损坏。接地电缆安装尽量做到短、直 。气象桅杆避雷针的连接法兰采用35mm2接地电缆跨接， 跨接前应将接线端子与法兰的接触面的油漆去掉。
图（1）气象桅杆法兰跨接示意图
外部防雷措施
图（2）机架气象桅杆接线柱位置示意图
外部防雷措施
• 2、叶片尖端装有雷电捕捉器，捕捉器截面积大约 200~300mm2。雷电捕捉器通过叶片内部的70mm2接地电 缆连接到叶片根部法兰处，每个叶片接地线底部安装有一 个雷电峰值记录卡。如图（3）所示：
如图（3）叶片正面形状及防雷电结构示意图
风力发电机防雷保护方案
设计依据，标准、规范
• IEC61024-1
建筑物防雷 第一部分 通则
• IEC/TR 61400-24 风力发电机系统-防雷保护
• IEC61312-1 部分 通则
雷电电磁脉冲的防护 第一
• GB 50057-2010 建筑物防雷设计规范
• GB 50343-2004 设计规范
图（10）发电机转子外部接地点
• 发电机定子与变频柜接地连接采用240mm2电缆。 • 变频器与塔内接地环采用240mm2接地电缆可靠相连，保
等电位连接
• 机舱柜 门和侧板使用6mm2的电缆进行跨接。 控制柜带有一个可靠的外部接地点，这一点通过35mm2 的电缆与机架接地点进行最短距离连接。控制柜外部接地 点如图（9）所示。
图（9）机舱控制控制柜外部接地点
等电位连接
• 发电机转子接地点与机架接地点相连。选用95mm2电缆进 行连接。发电机转子外部接地点如图（10）所示
接地装置。 • 防雷接地、交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地
、防静电接地共用一组接地装置。 • 接地装置应利用风机的自然接地体，当自然接地体的接地
电阻达不到要求时必须增加人工接地体。 • 接地设计必须遵守国际标准和规范。
10 3 3.58
风力发电机雷电损坏风险评估
雷击大地的年平均密度 Ng＝0.1×Td Td—年平均雷暴日。这里根据湛江气象站资料，为96次/年
。 Ng＝0.1×96
＝9.6 雷电直接击中平地上风机的年平均频率 Nd＝Ng×9πh2×10-6 ＝9.6×9π×1002×10-6
＝2.71 在小山或者丘陵的风力发电机遭受雷击的概率为平地风机的
2倍。 防雷保护系统效率 E ≥（1－ 10-3/3.58 ）×100％ E≥99.7％
防雷保护级别及其参数
图（7）偏航轴承刹车制动盘碳刷装配示意图
பைடு நூலகம்
外部防雷措施
• 从塔内接地环预留端子引出一条240mm2接地电缆，与机 架接线柱可靠相连，使机架可靠接地。接地电缆要求最短 。此电缆通过解缆系统时，在保证安全的情况下保持最短 的线路和最小的感应率。机架接地点如图（8）中红色接 线柱。
图（8）机架接地点示意图