文档介绍：风电防雷接地
1 风机的防雷特点
电闪雷鸣释放的巨大能量,会造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁……
一般雷击率
在年均10雷电日地区,建筑物高度h与一般雷击率n的关系见表1。
环境
风力发电特点是:风机分散安置在旷野,大型风机叶片高点(轮毂高度加风轮半径)达60~70 m,易受雷击;风力发电机组的电气绝缘低(发电机电压690 V、大量使用自动化控制和通信元件)。因此,就防雷来说,其环境远比常规发电机组的环境恶劣。
严重性
风力发电机组是风电场的贵重设备,价格占风电工程投资60%以上。若其遭受雷击(特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击),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。丹麦LM公司资料介绍:1994年,害损坏超过6%,修理费用估计至少1 500万克朗(当年丹麦装机540 MW,) 。按LM公司估计,世界每年有1%~2%的转轮叶片受到雷电袭击。叶片受雷击的损坏中,多数在叶尖是容易被修补的,但少数情况则要更换整个叶片。雷击风机常常引起机电系统的过电压,造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故。所以,雷害是威胁风机安全经济运行的严重问题。
2 叶片防雷研究
雷击造成叶片损坏的机理是:雷电释放巨大能量,使叶片结构温度急剧升高,分解气体高温膨胀,压力上升造成爆裂破坏。
美国瞬变特性研究院用人工电晕发生器,在全复合材料的叶片做雷击试验,高电压、长电弧冲击( MV,20 kA)加在无防雷设置的叶片上,结论是叶片必须加装防雷装置。
TACKE公司设计了玻璃钢防雷叶片(图1),叶片顶端铆装一个不锈钢叶尖,用铜丝网贴在叶片两面,将叶尖与叶根连为一导电体。铜丝网一方面可将叶尖的雷电引导至大地,也防止雷击叶片主体。
丹麦LM公司于1994年获得叶片防雷的科研项目,由丹麦能源部资助,包括丹麦研究院雷电专家、风机生产厂、工业保险业、风电场和商业组织在内,目的在于调查研究雷电导致叶片损害,开发安全耐用的防雷叶片。研究人员在实验室进行一系列的仿真测试, MV,电流到200 kA,进行雷电冲击,验证叶片结构能力和雷电安全性。研究表明:不管叶片是用木头或玻璃纤维制成,或是叶片包导电体,雷电导致损害的范围取决于叶片的形式。叶片全绝缘并不减少被雷击的危险,而且会增加损害的次数。研究还表明:多数情况下被雷击的区域在叶尖背面(或称吸力面)。在研究的基础上,LM叶片防雷性能得到了发展,在叶尖装有接闪器(图2)捕捉雷电,再通过叶片内腔导引线使雷电导入大地,约束雷电,保护叶片,设计简单和耐用。如果接闪器或传导系统附件需要更换,只是机械性的改换。
3 雷害资料数据
我国个别案例
1995年8月,浙江苍南风电场1台FD16型55 k W风机受雷击,从叶尖到叶根开裂损坏报废。
我国各风场的雷害,没有统计资料。
丹麦和德国统计的雷击数据
风机雷击率
丹麦1200台、德国1400台风机遭雷击数据见表2。
德国雷击率比丹麦高出1倍。除了地点不同,收集时间短(一般认为需要15 a), m高等因素。
雷击地区分布
德国1992~1995年雷击地区分布数据见表3。
受雷击损坏部位
德国和丹麦风机受雷击损坏部位数据见表4。
影响利用率
德国和丹麦因风机受雷击损坏造成损失的天数见表5。
影响发电量
因风机受雷击损坏不同部位所影响的发电量(丹麦)见表6。
修理费用
用在修复受雷击损坏的风机上的费用(德录
%,说明防雷保护的作用。
统计资料分析
通过上述统计资料分析,可以认为:
a)德国、丹麦统计数据说明风机遭雷击概率高,估计我国多雷地区会更严重;
b)安装在高山的风机,比在低地和海边更容易受雷击;
c)控制系统损坏率最高,是雷害薄弱环节,电气系统和发电机损坏概率也不低,说明雷电造成的过电压必须引起重视;
d)叶片损坏造成损失电量最多、修理费用最大;
e)%可再次顺利启动,很值得进一步研究。
4 防雷标准及地电阻要求
现代的雷电保护,可分为外部雷电保护和内部的雷电保护两部分。按照IEC1024-1标准,以雷电5个重要参数,确定保护水平分I~IV级(表8)。
如今,风机叶片(如LM叶片)的防雷,是按照IEC1024-1的Ⅰ级保护水平设计,并通过有关型式试验,所以,叶片避免直击