风电场防雷：风电场二次系统防雷

风电场二次系统防雷

风电场中对一次设备和系统的运行状态进行测量，控制，监视和起保护作用的设备，称为二次设备，即不直接和电能产生联系的设备。由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监察，测量，控制，保护和调节的电气回路就叫做二次回路，也称二次系统。大型风力发电场一般工作于恶劣的环境中，在无人值守的情况下我们要依靠二次系统对风电场进行远程操作，监视和保护。二次系统是风电场不可缺少的重要组成部分，它实现了人对一次系统的监视、控制，使得一次系统能够安全经济地运行。风电场二次系统是整个风电场控制和监视的神经系统,二次回路是否合理可靠,直接关系到整个风电场能否安全可靠运行。可是由于对雷击的防护措施不正确或者不到位，二次系统遭受雷击的现象时有发生，造成了巨大的损失。因此，风电场二次系统的防雷防护要引起足够的重视，做到有备无患。风电场二次系统主要有信息网络系统、通信系统、计算机房和低压供电系统等。为了让读者更清楚了解不同二次系统的防雷，下文将分章节详细地介绍这四种二次系统的防雷保护。

5.1信息网络系统的防雷

目前，信息网络系统在企事业单位中得到了广泛使用，风电场也不例外。信息网络系统能够输入、存储、处理和输出风电场的各项信息，方便管理者进行正确的决策，提高风电场的管理水平和经济效益。如果信息网络系统遭雷击，不仅会造成贵重设备的损坏，而且对风电场产生其它不可估量的损失。因此，对信息网络机房的防雷保护刻不容缓。

5.1.1 信息网络受雷电影响的原因、形式和途径

当雷电击中放置信息网络系统的建筑物时，从引下线等建筑外部防雷设施泄放到大地的能量所占的比例不到一半，这些能量就是被安全释放的。在剩下超过50%的能量中，大概40%的能量会通过建筑物的供电系统分流，5%左右的能量通过建筑物的通信网络线缆分流，其余的能量通过建筑物的其他金属管道、缆线分流。随着建筑物内的布线状况和管线结构的变化，这里的能量分配比例也会发生相应变化。

信息网络系统遭雷击主要有三种途径: 雷电波侵入、地电位反击和感应雷。

第一种途径是雷电波侵入。它是指，在更大的范围内(几公里甚至几十公里)，雷电击中电力或者信息通信线路，然后沿着线路侵入设备。

第二种途径是地电位反击。雷电击中建筑物或附近其他物体、地面，在周围形成巨大的电磁场导致地电压升高，则雷电可能通过接地系统或建筑物间的线路侵入建筑物内部设备形成地电位反击。

最后一种途径是感应雷。在周围1000米左右的范围内发生雷击时.LEM户会在上述有效范围内所有的导体上产生足够强度的感应浪涌。因此分布于建筑物内外的各种线路将会感应雷电而对设备造成危害。

5.1.2 电源感应雷防护

电源线路属于信息网络设备中与外界有直接联系的通路，因此也就更加容易遭受雷电损害。电源防雷的主要作用是限制瞬态过电压从电源供入端口进入设备。其原理是，当过电压达到一定限定值时，避雷器中的非线性元件瞬间就会对地放电。当过电压过后该元件又能够及时恢复成其原来的状态.从而限制过电压窜入被保护设备。

我国现行的国家标准，建筑物防雷设计规范GB50057、建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343以及相应的行业标准都做了明确规定:在电源引入总配电箱处加装电源避雷器即电涌保护器(SPD)。为了达到好的防护效果，对于不同的防护区，SPD的选用参数也有所区别。我们可以根据雷电流在进入建筑物各设备之间均匀分配的原则，按照其各自的分流量确定参数。同时，我们应该做到在尽可能节约的情况下.达到安全防护的目的。在IEC61312-1中，国际电工委员会给出了首次雷击雷电流参量和长时间雷击的雷电流参量，根据设备的重要性，使用性质，发生雷击事故的可能性划分等级。电源线路的防护措施如下:

(1)引入室内的交流电力线最好采用铠装电缆以及直埋式低压电力电缆埋地引入机房，同时其电缆金属护套的两端应作良好的接地。

(2)按照国家标准，信息网络系统供电应采用TN-S或TN-C-S制式。

(3)机房的电缆金属护套在入室处应该进行保护接地处理。

(4)室内所有交流用电及配电设备必须采取接地保护。需要注意的是，交流保护接地应从接地汇集线上专引，严禁采用中性线作为交流保护接地线。

(5)感应雷的防护应将感应雷击的各个入口作为重点，将感应雷击电压、电

流在被保护设备的外围引导入地，从而达到保护网络设备的目的。低压电源线路感应雷击的防护，要求不得少于三级保护，即三相总电源进入室内的电源和进入用电设备前的三级保护(见图5-1)。

图5-1电源感应雷的三级保护

三相总电源避雷器应安装在总配电柜上作为第一级保护，其通流量I n的设计

要求I n为：40-80kA。进入被保护设备的房间的电源分配电箱或UPS前需安装电源避雷器作为第二级保护，其通流量I n的设计要求为：I n比20kA大得多。在用电设备的电源输入端口安装一组末级电源避雷器(考虑到经济性和实用性，目前大部分采用的是具有防雷功能的插座)作为第三级保护，其通流量I n的设计要求:I n>5kA。

同时，各级避雷器的安装连接线的长度应尽可能短，以减小纵向并联支路的寄生电感，降低保护装置安装点处的实际箝位水平。

5.1.3 信号线感应雷防护

在信息网络系统中，其外接线路是由大量的数据线、控制电路和通信线路等构成的，它们传输的电平低，速度高。在雷击发生时，要是网络线路感应到过电压，整个网络的正常运行将受到影响。更严重的是，整个网络会瘫痪。因此，对信号线进行有效并且可靠地保护就显得尤为重要。在进行信号系统SPD设计时，原则上我们要考虑通流量、限制电压、传输速度、插入损耗和接头形式等具体问题。网络机房信号、天馈浪涌防护示意图如下(见图5-2)。

图5-2网络机房信号、天馈浪涌防护示意图

具体防护措施为:

（1）在交换机中继线入口加装信号线路雷电浪涌保护器，每线一个。

（2）在与外部连的宽带通信线路或ISDN和DDN专线等都加装的信号浪涌保护器。（3）在网络通信系统的保护中，除了要考虑网络的拓扑结构，通信方式等因素外，还要具体针对不同厂家提供设备的接口型式选用不同的产品进行匹配。（4）在清楚了解网络的实际情况后将针对方案提出具体的设备型号、接口型式等，以利于具体实施。

（5）在有天馈线接入到大楼内部的地方加装天馈线的避雷器。设计上可以根据不同的同轴电缆接口提供不同的产品。