浅谈风电机组的防雷检测

2016-07-17王建波江涛侯卓王耀悉吴运策

大科技 2016年1期

关键词：风力电位风电

王建波江涛侯卓王耀悉吴运策

（1.湖南省气象技术装备中心 2.湖南省防雷中心湖南长沙 410000）

浅谈风电机组的防雷检测

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（1.湖南省气象技术装备中心 2.湖南省防雷中心湖南长沙 410000）

风电机组由于其安装环境及其本身结构、运行的特殊性，使得风电行业往往成为受雷灾影响最为严重的行业之一。因此风电机组的防雷安全检测的具有一定的特殊性，本文从风电机组构成特点入手，对风电机组的防雷检测提出了具体的检测要求与思考，使防雷工作者对风电机组的防雷安全检测更有针对性和可操作性。

风电机组；等电位连接；接地装置；电涌保护器；传感器

引言

近年来，随着我国风电事业的发展，风电进入规模化发展阶段。风力发电机组作为风电场的主要设备，其是否能够安全运行关系到整个风电市场的健康发展。一直以来，风电机组的防雷检测问题都是一个引起风电业研发、制造、使用各个环节相关技术人员足够关注的问题。

1 风电机组防雷检测的现状

风电机组防雷检测涉及到的问题较多，尽管电力系统中已有防雷设计的相关国家标准或行业标准。但是，国内采用的风电机组大部分是进口机组或者引进国外技术生产。而各国采用的标准不一，对风电机组防雷的认识及要求也大不一样。因此我国尚没有完备风电防雷检测相关标准，以至各地从事风电机组防雷检测的技术人员没有依据可循，这是目前风电行业防雷检测亟需解决的问题。

2 风电机组的工作原理和基本构成

2.1 风电机组的工作原理

风力发电的原理，即把自然界中的风能利用叶轮转化成旋转的机械能，然后经由低速主轴，使齿轮箱的速度提高至异步发电机的转速，接着利用高速联轴器使发电机转动生出电能，最终励磁变流器励磁把由发电机的定子生成的电能并到电网中。风电机组主要由传动系统、电气控制系统、偏航系统、支承系统等组成。

2.2 风电机组的基本构成

风力发电机组的传动系统主要由叶轮、主轴、主轴承、齿轮箱、联轴器、发电机组成。叶片因为位置相对较高易受直接雷击；而雷电电弧可能引起主轴承、齿轮箱齿轮材料表面的凹陷和融化，进而引起啮合面之间磨损加剧；由主轴侵入的雷电过电压可能造成发电机定子绕组、主绝缘的击穿。

偏航系统主要由偏航电机、偏航齿箱、回转支承等组成。雷电对偏航系统的危害主要是损坏偏航电机、接近开关的光传感器、限位开关、偏航控制器等。

支承系统包括塔架（筒）、基础环、钢筋混凝土基础，塔架（筒）既是传递雷电流引下线，同时对内部的设备与线路起到了良好的屏蔽作用，对整个电气、控制系统的防雷起到了不可替代的作用。基础也是整个风力发电机组的接地网。

电气与控制系统是风电机组正常运行的核心，由控制电路、主电路、传感器和接口电路组成。电气控制系统的温度传感器、转速传感器、液压传感器等属于敏感元器件，容易受到雷电侵袭。

3 风电机组防雷检测的主要内容

（1）机舱尾部风向风速仪与叶片用于防直接雷击的接闪器；

（2）用于引导雷电流入地的防雷接地引下线；

（3）机舱与塔筒内的滑环、电刷、发电机、齿轮箱、主轴承、金属管道、金属爬梯、构架等大尺寸金属物等电位连接；

（4）控制柜与配电柜内的电涌保护器；

（5）机组的接地装置；

（6）电气控制系统的各类传感器。

4 风电机组防雷检测的主要方法

4.1 风电机组外部防雷装置的检测

风电机组外部防雷装置包括了接闪器、引下线、接地装置。首先是检查机组外部防雷装置的外观、材料、规格尺寸是否符合GB50057-2010等相关规范的要求。以目测的方法定期检查叶片、风向风速仪接闪器是否有锈蚀、灼洞和被雷击损坏痕迹等。检查接闪装置接地连接线连接是否稳固。根据接闪器的高度与距离计算机舱上的风向风速仪是否处在LPZ0B区内。用等电位仪测试叶片接闪装置与轮毂引下线连接点、机舱上的接闪杆与引下线的直流过渡电阻，要求其过渡电阻不大于0.2Ω。检查引下线的敷设与连接，高度不超过40m的塔筒、塔杆，可只设一根引下线；超过40m时应设两根引下线。可利用螺栓或焊接连接的一座金属爬梯作为两根引下线使用。分段连接的金属塔筒用作引下线时，每段塔筒连接螺栓应利用不少于处的25mm2紫铜编织带跨接，底座环与下塔段连接为3根25mm2紫铜编织带跨接。钢筋混凝土结构的塔筒应利用钢筋混凝土内的竖直钢筋作为引下线。按照GB/T17949.1-2000规定的检测方法用接地电阻测试仪测量接地装置的工频接地电阻，测试选择多点测量进行比对，其工频接地电阻不宜大于4Ω。

4.2 风电机组等电位的检测

风力发电机组等电位连接的材料规格应符合GB/Z25427-2010的要求。等电位直流过渡电阻值测试应采用空载电压4～24V，最小电流为0.2A的测试仪器进行检测，直流过渡电阻值不应大于0.2Ω。检测LPZ0A区内金属构件、所有穿过各后续防雷分区界面处的导电物与防雷装置的直流过渡电阻。检查滑环、电刷、发电机、齿轮箱、机械制动器和控制柜等金属结构件与机舱底板的等电位连接。检查塔筒内所有金属导体、控制柜、配电柜与塔底防雷装置的等电位连接。特别是要检查机舱与塔筒内控制柜内部传感器屏蔽层与柜内屏蔽接地排的等电位连接。其中风速仪、风向标厂家出厂时一般都是从屏蔽层焊接出一根黄绿双色线，接线时将风速仪风向标的黄绿双色线一起接至机舱柜端子排。

4.3 风电机组电涌保护器的检测

检查风力发电机组安装的电涌保护器是否经过国家认可的检测实验室检测，符合GB 18802.1-2011、GB/T 18802.21等相关规范的要求。检查配电柜、控制柜内SPD的表面是否平整、光洁，如有划伤、裂痕和烧灼痕或变形则应立即更换。检查SPD状态指示是否正常，如不正常应立即更换。检查各级SPD电压保护水平、标称放电电压、接地线长度是否符合相关规范的要求。按GB/T 21431-2015的规定用压敏电阻测试仪检测SPD泄漏电流Iie（一般不应大于20μA）、压敏电压U1mA（一般为交流电压有效值的2.2倍）、绝缘电阻。检查电源线路SPD两端的连线的截面积、接地线的长度是否符合GB 50057-2010不宜超过0.5m的规定。检查多级SPD之间的距离和SPD两端引线的长度是否符合规范要求。检查连接于电信和信号网络的SPD其电压保护水平Up和通过的电流Ip是否低于被保护的信息技术设备（ITE）的耐受水平，其导线连接过渡电阻应不大于0.03Ω。

5 风电机组就地监控系统对传感器的维护监控

风电机组的各类传感器类型、数量较多，对风机的安全运行至关重要。又因为传感器耐压水平低，易受雷击电磁脉冲辐射的破坏。传感器主要包括温度传感器、振动传感器、转速传感器、压力传感器等，防雷检测时尤其要加以注意。一般风电场监控系统会适时监测各类设备的运行状态，因此可通过监控系统准确快速的找到故障传感器，再有针对性的检查故障传感器的屏蔽层接地、工作电压、传感器是否正常。例如：刹车程序故障就可以检查发电机转速传感器工作状态、安装位置是否正常，屏蔽线接地是否正常。又如震动传感器故障既可以检查风机叶片是否遭雷击受损，也可检查震动传感器信号线是否可靠连接，24VDC供电是否正常，屏蔽层是否接地。