风电场风机防雷技术发展研究

宋财

摘要：现阶段，随着人们对环保重视程度的提升，清洁型能源得到了快速的发展，风力发电的规模越来越大。在风电项目进行运营的过程中，雷电对风机设备造成损坏的概率是非常大的，这也对风电安全以及经济效益造成了非常不利的影响。基于此，本文深入的探讨了风电场风机防雷技术，探讨了其发展。

关键词：风电场;风机防雷技术;发展

一、雷击对风力发电机组造成危害的方式

风机被雷电造成的损坏分为两类：直接损坏和间接损坏。直接损坏主要是指雷击电流直接造成风机出现热效应以及机械效应的情况，会对叶片、机械结构以及轴承造成较大的损伤。间接损伤一般是由于雷电所导致的电磁过载情况。在出现雷击时，由于雷电电流所引起的瞬态电压升高不仅会对风扇的电子以及电气设备造成损坏，同时还会导致风扇停止运行。跨步电压是雷电电流引起的电势瞬时增加，是风力涡轮机损坏的主要原因。跨步电压的值越高，对风扇造成的损坏程度就越大。对跨步电压造成影响的因素非常多，如接地体的结构尺寸、土壤电阻以及雷电电流值等因素。以土壤电阻为例，在低电阻土壤的情况下，如果土壤中的电位分布特征曲线没有出现较大的变化，土壤两点电位差小，跨步电压越小。

二、风电场风机防雷技术的应用

（1）直基雷防护技术

在风机防雷技术设计中，引入雷电并接地，实现防雷目标。其中，连接器、叶片部分、风扇舱部分。风扇机组的典型防雷方式是在叶片表面安装金属盘，然后在叶片内部铺设金属导体，作为连接叶片表面金属盘与叶片根部的连接装置。刀刃如果闪电击中叶片表面的金属盘，穿过金属导体的金属发电机结构，最终通过接地装置释放。除上述舷侧边缘方法外，可在叶片表面安装金属网，同样进行技术论证。此外，风力发电机机舱外侧有一定厚度的金属外壳，因此，在叶片表面可以使用金属盘或金属网进行连接，满足电位连接要求，能承受雷击。对于没有在机组和发电机叶片上对避雷器进行安装的，不能在发电机机房的后部进行避雷器安装，必须安装在前部。

（2）等电位连接技术

这项技术可分为两种：风速以及导向杆与涡轮短舱之间的连接，涡轮塔架的法兰连接和相对固定的交叉定位节点，如配电装置、机舱机柜金属框架离合器，风扇轮毂与风扇舱是直接连接的，风扇轴承与风扇舱是直接连接的，前者可用铜编织线连接，过渡电阻需要控制在0.03之内。后者比较复杂，不仅要确保各要素之间的正常运行，还需要在雷击的过程中，确保高振幅电流能够在元件之间通过。在舱内轴承部分、变速箱以及舱底座之间设置绝缘层，防止地雷电流破裂。为了确保电阻满足防雷技术要求，经常采用电模型安装方法。

（3）接地技术

这是因为电气设备是风力发电机雷电冲击作用的重要组成部分之一，在遭受雷击的过程中，电流会在瞬间进行提升，导致电气设备出现故障。在风机保护中，接地技术是非常重要的技术，但是当接地电阻过大时，则避雷器可能会损坏。风机接地技术需要严格的依据电气和建筑防雷工程的规范进行施工，这其中不仅是对风扇接地电阻有比较严格的要求，同时还需要对接地技术中做好对电感和电容的布置。因为电流雷暴流具有全谱的高频频率，接地系统中的快速响应技术经常作为地雷设计的辅助手段。安装接地装置后，往往会发生土壤电离，这也让接地装置的电气特点变得更加复杂化。通过使用电磁分布仿真技术，能够对该区域内的电磁场分布进行有效地模拟，为防雷装置的设计以及安装提供相应的支持。在实际的应用过程中，如果接地电阻与实际的技术规范的要求不相符，可以通过运用电阻降凝剂的方式，有效提升土壤电阻。在水平地面上的电极周围区域使用降阻剂，能够极大的降低周围的土壤电阻系数。此外，当地质条件良好时，可以使用深井方法，对土壤电阻进行降低。使用钢管作为垂直接地电极，还采用抑制剂对土壤进行固井，以达到更有效的降低阻力。值得 注意的是，在沿海地区的接地设备安装中，需要做好防腐工作，接地可用于用铜涂层代替普通钢材，对于室外的金属件需要涂抹防腐涂层，防止设备腐蚀，缩短设备使用寿命。

（4）内部过压保护技术

在雷击的过程中，会产生过大负荷，对风扇内部的电气线路以及终端设备造成极大的破坏，因此，需要做好内部的过压保护。可在输电线路中对避雷针进行安装，或者是对电杆塔的接地电阻进行降低。风电机组塔架内部时的感应电场分布和磁场，并将部件安装在发生雷电的地方。弱磁场可以减少雷电干扰和对这些敏感电气设备的损坏。当风电机组被雷电击中时，箱式变压器的输入端和输出端之间的电位差很大，可以通过对电涌保护器的使用，从而有效减少雷击所造成的损坏。

（5）屏蔽保护技术

由于风机本身并不是一个完整的射线防护装置，机身上的任何孔洞或缝隙都容易造成风机塔架与机舱之间的电磁耦合，导致机舱内感应金属电路过多，可能会对机身内的设备损坏。因此，当定义屏蔽层时，电路传输过程中的感应电磁过张力和多余能量会减少，从而使感应过张力的变化从突然变为逐渐变化，从而对内部造成損坏，可以减少或避免机舱内的设备。

结语

随着我国环保产业的发展，越来越多重视对清洁能源的开发，而风能是最引人注目的成果之一。对风机防雷接地系统具有重要作用，要及时发现地雷接地系统故障，分析故障原因，有效排除故障。利用科技预防和减少重大事故的发生，将提高风能的安全性，给民众带来持续的利益，为生产生活提供稳定的电力，促进整个行业的高质量发展。

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