风力发电机的防雷与接地参考文档

风力发电机的防雷与接地
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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。
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。
? 电气系统防雷则主要是间接雷 击保护。
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外部直击雷的保护设计
风力发电机的防雷与接地
叶片的防雷保护
叶片防雷
叶片防雷重要性
位置最高是雷电袭击的首要目标 叶片是风力发电机组中最昂贵的部件
雷击造成叶片损坏
雷电击中叶尖后释放大量能量，雷电 流使叶尖结构内部温度急骤升高，造 成叶尖结构爆裂破坏甚至开裂；
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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。
机舱的防雷设计
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塔架的防雷保护
专设的引下线连接机舱与塔架，减轻电压降，跨 越偏航环，机舱和偏航刹车盘通过接地线连接， 因此，雷击时将不受到伤害，通过引下线将雷电 顺利的引入大地。
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塔架的防雷保护
? 由于塔筒法兰面之间涂有 密封胶，加大了塔筒之间 的连接电阻，所以必须要 降低这部分的阻抗，现在 采取的方法一般是用铜编 织电缆或铜导线把两端塔 筒连接起来。
? 根据国际电工委员会推荐标准《风电发电系统——第24 部分：防雷保护》（IEC TR 61400—24）的要求，一般 情况下，是在叶片叶尖部位安装一个金属接闪器，用铜质 电缆导线把叶尖接闪器和轮毂的防雷引下线可靠接地。
叶片接闪 ——轮毂 ——塔筒 ——基础 器
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叶片防雷保护
? 包含接闪器和敷设在叶片 内腔连接到叶片根部的导 引线，叶片的铝质根部连 接到轮毂、引至机舱主机 架、一直引入大地。
? 可以将多台风电机组的接地网进行互连，这样就可以 通 过延伸机组的接地网可进一步降低接地电阻，使雷电流迅 速流散入大地而不产生危险的过电压。
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
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风机的接地
风机的接地电阻 :为了将雷电流流散入大地而不 会产生危险的过电压，风机的工频接地电阻一般 应小于 4Ω，在土壤电阻率很大的地方可放宽到 10Ω。
内部防雷（过电压）保护系统
四种雷电保护带
LPZ0A
直接雷击，完全的雷电流，无衰减的电磁场
LPZ0B
无直接雷击，完全的雷电流，无衰减的电磁场
LPZ1
无直接雷击，减小的雷电流，衰减的电磁场
LPZ2
进一步减小的雷电流，进一步衰减的电磁场
风力发电机的防雷与接地
内部防雷（过电压）保护系统
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，在0区内的各部分物体都可能遭到直接雷击，并 且电磁场没有衰减，但是，雷击的危险性也最高。其中， 完全暴露但不受接闪器保护的区域属于 LPZ0A 区；受到接 闪器保护的区域，并且在风力发电机的外部的区域属于 LPZ0B 区。受到接闪器保护的区域，并且在风力发电机的 内部，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 。依次类推，可划分为不同的区域，越往内 部，危险程度越低。当电气走线或金属管线穿过这些分区 界面时，必须在每一穿过点做等电位连接。
? 叶片防雷系统的主要目标 是避免雷电直击叶片本体， 而导致叶片本身发热膨胀、 迸裂损害。
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机舱的防雷保护
? 现代大多数风力机的机舱罩是用金属板制成，本身就有良 好的防雷保护作用。机舱主机架除了与叶片相连，在机舱 罩顶上后部设置一个（数目可多于一个）高于风速、风向 仪的接闪杆，保护风速计和风向仪免受雷击。
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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
? TT系统，前一个T：系统接地是直接接大地；后一个T： 用电设备外壳的保护接地是经PE线接单独的接地板直 接接大地，与电源中的N线线路和系统接地点毫无关连。
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风机的接地
? 风机接地系统应包括一个围绕风机基础的环状导体，此环 状导体埋设在距风机基础一米远的地面下一米处，采用 50mm2铜导体或直径更大些的铜导体；每隔一定距离打入 地下镀铜接地棒，作为铜导电环的补充；铜导电环连接到 塔架2个相反位置，地面的控制器连接到连接点之一。有 的设计在铜环导体与塔基中间加上两个环导体，使跨步电 压更加改善。如果风机放置在接地电阻率高的区域,要延 伸接地网以保证接地电阻达到规范要求。若测得接地网电 阻值大于要求的值，则必须采取降阻措施，直至达到标准 要求。
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
风机防雷保护的必要性
风力机组在自然环境下，不可避免受到自然环境 的危害，其中，雷击是自然界中对风力发电机组 安全运行危害最大的一种危害，一旦发生雷击， 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、控制元件烧毁等后果，严 重可能造成风机报废，造成巨大的经济财产损失。 同时，雷击也会对检修维护人员造成巨大威胁。