风力发电场防雷接地措施解析

目前，风力发电被称为明日世界的能源。由于它属于可再生能源，为人与自然和谐发展提供了基础，符合现在社会可持续发展对能源的要求。所以，风力发电已在我国达到了举足轻重的地位。然而，风力发电机组是在空旷、自然、外露的环境下工作，不可避免的会遭受到直接雷击。由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大。主体高度约80米、叶片长度约45米、即最高点高度约为120米的风机，在雷雨天气时极易遭受直接雷击。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、控制元器件烧毁等。风力发电场防雷是一个综合性的防雷工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风电场在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风机内的各种设备不受损害。为保证风力发电机组的正常、安全使用，防雷公司特编制此方案。

 

一、风轮、机舱、水平轴、尾舵和塔身的等电位连接

 

机舱外壳应采用钢板制成，作为承受直击雷的载体，按照GB50057-2010的要求，钢板厚度必须大于4mm，在机舱的上方安装几支避雷短针，防止雷电发生绕击和侧击时，穿透机舱，对机舱内设备造成损坏。如果机舱外壳为复合材料时，应在机舱外面敷设金属网格，兼作接闪器和屏蔽之用。网孔宜为30cm×30cm，钢丝直径不宜小于2.5mm。必要情况下，需通过屏蔽计算，加大金属网格的密度和铁丝的直径。使各网格连接处应焊接以保证电气连接。

 

风轮与机舱间、机舱与塔柱间、尾舵与水平轴间应通过铆接、焊接或螺栓连接等方法做可靠电气连接，也可以通过单独的多股塑铜线(截面不小于16mm2)，各连接过度电阻尽量小，一般不大于0.03Ω。以上各部件连接为一个电气的整体，使之遭受雷击时，能有一个快速的通道沿塔身引入接地装置。

 

二、风力发电机电磁屏蔽

由于风力发电机为高耸塔式结构，非常紧凑，发电机、信息系统、控制系统都靠近塔壁，无论风轮、机舱、水平轴、还是尾舵受到雷击，机舱内的发电机及控制系统等设备可能受到机舱的高电位反击，在电源和控制回路沿塔筒引下过程中，也可能受到反击。对发电机及其励磁系统，继电保护和控制系统、通信和信号以及计算机系统都应安装相应的过电压保护装置。

 

电力和信息回路由机舱到地面并网柜、变流器、塔底控制柜处应采取屏蔽电缆外，还应穿入接地铁管，使反击率降低。各回路应在柜内安装相应防雷装置，这样DBSGP(分流、均压、屏蔽、接地)系统在各节点层层设防。

 

各电气柜采用金属薄板制作，可以有效地防止电磁脉冲干扰，在电源控制系统的输入端，处于暂态过电压防护的目的，采用压敏电阻或暂态抑制二极管等保护设备与屏蔽系统连接，每个电控柜用不小于16mm2的多股塑铜线与接地端子连接。

 

三、机舱内各种柜的防护

各种柜内的进线、出线处必须按照雷电防护区域的划分，通过雷击风险评估后，根据评估结果进行设计，根据建筑物信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级，该风力发电机可以定为B级防护。在被保护的设备处加装三级浪涌保护器。第一级采用开关型的电涌保护器，第二级和第三级采用限压型的电涌保护器。且各参数必须符合规范要求的最小值，即一级标称放电电流In≧25KA(10/350μs)或In≧80KA(8/20μs)，二级标称放电电流I n≧40KA，三级标称放电电流I n≧20KA。对于690V/380V的风力发电机供电线路，为防止沿低压电源侵入的浪涌过电压损坏用电设备，供电回路建议采用TN-S供电方式。