风力发电机组防雷技术进展综述应用

风力发电机组防雷技术进展综述应用

孙勇

马龙云能投新能源开发有限公司 云南曲靖 655000

摘要：风力发电机组是一种包括风轮、发电机的发电设备，保证设备输出电频率恒定非常关键，而雷电会对风力发电机造成不同程度的损坏，这种自然灾害常导致风电装机不能正常运行，对电力系统的供电稳定性造成较大的影响。防雷技术是预防风力发电机组遭受雷击的重要措施，目前用于风力发电机组防雷技术较多，比如接地技术、等电位连接技术和屏蔽技术等，每种技术的防雷效果不同，针对性与适用性也存在差异。本文对风力发电机组防雷技术进展作综述。

关键词：风力发电机组；防雷技术；进展综述

近年我国的风力发电机组不断增多，风电装机的容量明显提高，约1.88亿kW，能将更多的可再生资源转化为对社会可用能源，维持社会的可持续发展。雷击是损害风力发电机组的一种自然灾害，常会导致风力发电机各组件发生故障，因此在风力发电大规模应用时，要高度关注防雷技术，采用适宜的防雷技术，对风力发电机组进行雷电防护。

1 风力发电机组雷击损坏故障分析

风力发电机组遭受雷击后常产生严重的损坏，而常见的损坏组件较多，包括风速风向仪、传感器和变桨系统、刹车系统与制动系统、塔筒等，对风力发电机组的破坏力较大，甚至损坏整个机组。据有关调查显示，风力发电机组遭受雷击的普遍性特点明显，叶片是最容易被雷击的，再者是制动系统和电气系统。较大型风力发电机组的雷击故障会对发电、供电等造成影响，尤其是近年我国风力发电机组的风机设备高度不断增高，且桨叶长度随即加长，而叶片遭受雷击的风险较大，致使风力发电机组遭受雷击的几率变大，容易出现较大的破坏，并对涉及到的经济造成较大影响^[1]。图1，某地风力发电机组雷击损坏故障分类。

图1 某地风力发电机组雷击损坏故障分类

我国的风力发电机组大都建设在沿海、山顶等位置，因为这种地理位置空旷，有利于各种机组设施设备的投建，但如果有雷暴云过镜，这种情况下风机遭受雷击的概率极高。我国的风力发电机组均装有雷电防护设备，但防雷效果较为固定，而风机上的桨叶均呈运转状态，这种动态状态导致其遭受雷击的情况非常复杂，所以防雷的作用相对欠佳，不能达到固定对象的防雷效果，要根据实际情况采用适宜的防雷技术，提高防雷效果，保护风力发电机组的安全，最大程度预防其遭受雷击，避免机组设施设备出现较大的故障。

2 风力发电机组防雷技术

2.1直击雷防护技术

直击雷防护技术是防护直击雷雷击的措施，可用于各种建筑物防雷，尤其是容易火灾、爆炸危险的建筑物，以及容易或者可能遭受雷击的建筑物。这种防护技术的实现主要是对风机设计接闪技术，以此把闪电引入地下，达到防雷的作用。通常接闪的是风力发电机组的桨叶和风机机舱，主要在桨叶的表面装金属圆盘，再给桨叶内部辐射金属导体，以此作为接闪引线，将桨叶表面的金属圆盘与桨叶的根部有效连接。如果闪电击中桨叶，闪电的电流会顺着桨叶表面的金属圆盘流到风机的自身金属结构，再以接地装置将电流释放。在桨叶的表面装上金属网也是一种防雷技术，其技术原理与上述方法相同。风力发电机组的机舱外有金属皮肤，这种皮肤的厚度较大，可以和桨叶表面金属圆盘或者金属网形成法拉第笼结构，这种结构符合等电位连接要求即可，能起到良好的雷击抵御效果。风速风向仪的防雷技术通常是安装避雷针，主要是将避雷针装在风速风向杆上，将风速风向杆和风机的机舱底板连接，以起到雷击电流传输的效果。

2.2接地技术

接地技术是一种常用的防雷技术，这种技术主要是在系统和某电位基准间建立低电阻通路，其相同接地点间的连线为地线。接地技术常用于电气设备，能起到良好的防雷击效果，一般雷电流接地期间会造成地电位瞬间升高，这时会造成电气设备故障。接地的电阻较大时，避雷针容易被破坏，所以要高度关注接地技术。风力发电机组采用接地技术预防雷击时，要关注电气行业和建筑行业的防雷设计，要保证设计各项指标符合规范要求与标准，以各种技术要求选定接地电阻值的范围。接地技术应用中，要综合考虑电感与电容等方面分布，避免电感与电容不足而造成防雷效果降低。通常闪电电流频谱比较高，风力发电机组防雷设计时，注意运用接地系统暂态响应技术，将此技术作为辅助技术，增强接地技术的防雷效果。风力发电机组接地装置安装成功后，可能会出现土壤电离的问题，致使相关装置的电器特性复杂度明显增强，这时用电磁分布仿真模拟技术可有效解决，因为这种技术能模拟所在地区的电磁场分布，能为电机防雷设计提供参考依据，并能保证各种设施设备顺利安装。接地电阻不符合设计要求时，可采用降阻剂对接地电阻进行有效的改善，给水平接地极周围使用适量的降阻剂，降低其电阻系数，使突然电阻有效降低。如果地质条件良好，一般可以用深井法对接地电阻进行降低，通常深井口径在100-110毫米之间，深度约30毫米，垂直接地电极采用钢管，并对土壤做适当的降阻处理，实施适当的降阻剂灌浆，增强接地降阻的作用

^[2]。

2.3等电位连接技术

等电位连接技术通常分为跨接位置部件连接和跨界位置部件连接，前者具有相对固定的特点，包括风速风向杆与风机机舱等部位连接以及机舱配电箱相关设备和机舱金属框架连接等，后者具有相对运动的特点，包括风机轮毂和桨叶连接、风机轮毂及风机机舱连接等。一般跨接位置部件连接是用铜编织导线连接，这种连接的过渡电阻小于0.03欧姆；跨界位置部件连接的情况较为复杂，连接时要注重部件的相对运动，且要有良好的防雷效果，使高幅值电流能顺利通过。在机舱的内部轴承和齿轮箱、机舱底座间装上绝缘层，避免雷电流串通。

2.4内部过电压保护技术

雷电会产生雷电效应，这种效应产生的过电压会严重破坏风力发电机组内部的电气线路，甚至破坏终端设备等，要高度关注风力发电机组的内部过电压保护。通常可以用输电线路上装设避雷针的方法，或对输电杆塔的接地电阻有效降低^[3]。以雷电击中风力发电机组时为基础，建立模型分析风机塔筒的电路情况，获得风机塔筒中的感应电厂与磁场分布，从而对风力发电机组设施设备的安装部位进行指导和优化，把敏感度高的电气设备与元件装在雷电电场、磁场弱的地方，降低雷击对其造成的影响和破坏。

3 小结

风力发电的技术稳定性高，可进行产业化开发和大规模应用，风力发电机组是保证风力发电正常运行的关键，但实际应用时容易遭受自然灾害的影响，致使其不能有效的运行和发电。要为风力发电机组实施科学有效的防雷措施，采用适宜的防雷技术，增强防雷效果，有效防止雷击事件较大程度破坏风力发电机组，保证机组各部件、设施设备正常运行。

参考文献

[1]李祥超,蔡露进,徐晓培,等. 风机发电机机组SPD参数选择的分析[J]. 电瓷避雷器,2021,(03):29-37+111.

[2]潘仕虎,肖文娟. 山区风力发电场的综合防雷技术分析[J]. 集成电路应用,2021,38(05):158-159.

[3]邓桥. 风电厂风机防雷技术发展研究[J]. 科技与创新,2021,(01):155-156.