风力发电机组防雷保护系统SPD 计算与选用

王柱WANG Zhu；胡元堃HU Yuan-kun；崔英CUI Ying；石霖SHI Lin

（中节能（阳江）风力发电有限公司，阳江529500）

0 引言

在进行风力发电机组防雷保护系统的选择时，技术人员尽可能要选择屏蔽水平高、接地强、等电位的电涌保护器来达到防护作用，为风力发电机屏蔽大量雷电袭击。而在这一过程中，大量研究人员表示，只有将电涌保护器安装至风力发电机组内，才可有效防止雷电波的入侵。而在进行电涌保护器（SPD）的选择时，需严格遵循其计算方式的科学合理性，选用符合规格的设备。

在本文研究中所阐述风力发电机组防雷保护系统则都是符合实际需求的，可以有效的达到防雷效果，如GB50343-2004、GB 50057-1994、IEC 61643-12 等都是目前在用。基于实际使用情况不同及通流过程中最大容量、安装所需客观条件、电压保护水平等等因素，所以在实际应用中作用到风力发电机组中时会更为周全考虑多种因素，进而选择适合的防雷保护系统。在本文研究中阐述了几种风力发电机雷电保护系统SPD 的选用方法，如下所示。

1 根据配电方式选择相应模式选用方法

技术人员在进行风力发电机雷电保护系统SPD 的选择时，尽可能根据设备雷击电磁脉冲及等电位连接点位置去选择。与此同时，关于本地区电气设备SPD 类别的选择，可由技术人员利用共同接地体电位连接进行确定[1]。同时，SPD 需保障对其所辐射范围内电气设备遭受雷击时产生的电流能量能予以控制，则需要在电涌出现后能达到最大钳位，还要在雷电电流通过之后残存残压得以控制，则在保护器选择上可以采取多级设备进行保护。

SPD 在配电系统安装时在位置和模式选择上是有一定考虑的。如通流容量较大的SPD 在使用中则应考虑到符合Ⅰ级分类试验的设备，并且可以借助自身大通流容量来将所遭受到的雷击通过过电压的方式泄放置大地，降低过电压能量，提高SPD 的应用价值。而当所选择的SPD 无法保障设备交接处配电箱供电设备时，便需要技术人员及时对配电安装标准以及电力输出规格进行充分地了解，预估其在受雷击影响的值，之后，更换配电箱中SPD，利用Ⅱ级分类试验来实现对配电箱的保护。例如，在对电气控制配电箱进行防雷系统SPD 的安装时，则需要技术人员根据实际应用情况选择残压较低的SPD，以此来将所接收到的电气控制配电箱中雷电流泄至大地，完成对电气配电箱雷击保护及管理，提高电力设备对过电压的耐受程度。除此之外，还需要针对风电发电机组当中电气设备瞬态过电压进行控制及管理，考虑在安装设备时选择符合Ⅲ级分类试验的SPD，并有将其安装在LPZ2 区防雷交接区域内，根据配电系统或设备的类型来选择正确的安装模式，以此达到对风力电机组的防雷保护。

此阶段，还需要技术人员关注SPD 安装应当注意的问题，提高其保护作用，具体如下所示：

第一，在进行第1 级保护的SPD 需尽可能接受风力发电机组总进线位置，并与电位连接端处紧密联系，之后，则需依次对2、3 级保护的SPD 进行保护设备的安装，选择正确的安装方法，且科学合理的选择被保护风力发电机组来完成安装工作。

第二，则需保证在进行SPD 的安装时，保持电位连接导线呈现笔直状态，且其与被保护风力发电机组设备间连接线尽可能控制在0.5m 左右，且其截面积则需符合电位连接的最小截面需求，使得二者间连接完善[2]。

第三，技术人员在进行SPD 安装时，还要做好多个部门与设备管理间的统筹兼顾，无论是过电压的承受能力、风力发电机组设备应用效果等均需列入SPD 能量配合的考虑当中，还要利用退耦装置的串接来减少续流时存在的问题。在前提条件允许的情况下，采购人员则需按照所采购的SPD 产品型号、类别等选择同一厂家同类产品，便于安装与应用，同时，还可帮助不同区域内负责的工作人员了解各级产品间安全防雷击保护系统及设备的安装距离要求。同时，在此阶段如果技术人员无法了解到所有被保护电力设备防雷击设备安装的最佳距离，则可将其与限压型SPD 安装的线路长度保持在10 米以上，从根本上提高串接退耦装置的应用效果。

第四，同一电源系统中SPD 保护电压水平不大于末端被保护设备耐压水平的一半时，无需安装高组SPD，只利用1 级SPD 便可满足保护需求。

第五，如果在安装SPD 时涉及到电流传感器线路的安装与管理，技术人员还需要着重对SPD 类型及其对线路信号可能存在的影响进行考虑，尽可能减少SPD 对电流传感线路的影响，提高风力发电机组工作的效率，降低雷击对其影响[3]。

2 风力发电机组SPD 通流容量的选择及计算途径

随着社会经济的发展，防雷接地在电气设备的集成中越发占据重要位置，整个防雷接地的市场容量由2010年的237 亿增长到目前的近400 亿的市场容量，其中防雷接地施工的市场容量将近20 亿，但在国民经济中仍属于小众经济，人们关注少，与之配套的轻便专业化施工工具的改进较少，特别是风力发电机组SPD 的选择以及计算。因其多应用于风力发电机组防雷击系统当中，并且为风电发电机组的正常运行提供了重要保障，所以如果做好风力发电机组SPD 的选择及其规格的计算显得非常重要。

自地面进入建筑物的外来导电设备其电子部件、线路以及通信线路等均可能会产生雷电流，进而对建筑内的电力系统产生影响。而在这种情况下，则需要技术人员对外来导电设备的电流量以及可能产生的雷电流进行估计。然后以估计的值来对建筑内发电机组保护设备进行SPD 的安装，提高其保护的效果。

3 最大持续工作电压值Uc 的选择

在进行防雷击系统中SPD 的安装时，最大持续工作电压值与SPD 的安装情况、应用效果间有着直接性的联系。且最大持续工作电压值在持续加在SPD 上时，并不会对SPD 的最大交流电压有效值或电压值产生任何额外的影响，只是保证最大持续工作电压值一直高于系统中的最大持续电压数据[4]。在GB/T18802.12 中明确规定，将最大持续工作电压值作用于SPD 上时，需考虑可能出现的10%的系统电压数据偏差。

4 防雷击系统SPD 后备保护元件的选择

针对风力发电机组应用时电气的安全性，需尽可能将市电电源与电涌保护器并联安装，从根本上减少其可能因各种不确定因素而出现短路的问题。同时，电涌保护器还需在电气元件前安装短路保护器件，而熔断器有着其显著的优势，可在整个电涌保护器运行过程中充分发挥自身的作用为风力发电机组提供防雷击保护。同时，还要求技术人员需正确认知后备保护元件的作用，并严格按照规定进行安装、维护，为后续防雷击系统电涌保护器运行的安全稳定性提供重要保障。同时，高质量的后备保护元件能够为风力发电机组额定电涌电流提供保护作用，使得茯电涌电流外泄正常。除此之外，将后备元件应用于支路上的残压Ures 时，可保证支路残压Ures 数据比电力设备保护水平Up 低，使得整个风力发电机系统设备安全，系统运行有序。除此之外，在此过程中，针对电涌击穿电涌保护器后短路电流值，其必须小于后备保护元件作用点的工频矩路电流，与主电路过电流保护器做好组间配合[5]。

5 结束语

在现代化建筑设备当中，风力发电机组有着其重要的作用。但是，在此过程中，其因自身电压等级高、内部电子设备敏感以及集中性强的特点易受到雷击的影响。而在这种情况下，针对风力发电机组进行防雷保护系统电涌保护器的选用，并通过大量计算来提高电涌保护器规格选择的科学合理性，同时，还要根据不同电力设备应用情况设置最佳的安装位置，使得电涌保护器的作用得到充分发挥，这对于提高风力发电机组防雷系统运用水平具有重要的意义。同时，这对于我国风电机组防雷保护系统电涌保护器的进一步研究也具有重大的推动力。