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~ 70m, 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 ,平均 万克朗/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,电压达 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 55kW 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), 或许有德均总高度 比丹麦的 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(德录雷击停机后可再次顺利启动的大约占 10. 5% ,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 )德录雷击停机后有大约 10. 5% 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 L