风力发电机组防雷检测工作探讨

吕建菲

（河南省现代防雷有限公司，河南 郑州 450003）

1 前言

由于科学技术的超快发展，风力发电技术已经展现在我们的视野中。风力发电作为一种可再生能源发电，是各国能源发展的重点。我国各省都有不同规模的风电机组在使用中，由于风力发电的特殊性，需要一个相对开放的环境来保证发电效率。因此，大多数风力涡轮机都是在平原和山区等开阔环境中建造的，风向相对较低。风电场建设是一项重要的投资，运行维护必须涉及工人和大量的人，但是，由于风机结构及其特殊的地理环境，一旦发生自然灾害，风机的正常运行受到严重威胁。电气设备事故常引起火灾，风机火灾是一种灾害。以上实例说明，风机不可小觑，要防止或减少雷电的发生，必须有完善的防雷装置和措施。只有检测机构完善，才能判断防雷装置是否完好。

2 雷电防护

1）雷击方式及后果。由于风机的扇子散落在广阔的平原或丘陵地区，大型风机叶片高点（轮毂高度加风轮半径）在60～70m之间，易受雷电影响，雷电主要由直击雷、雷电波、感应过载、系统过载和地电位反应引起。风扇是整个发电机最为宝贵的设备。雷击损坏（特别是叶片和发电机的贵重部件）可能烧毁损坏的叶片，浪费电气绝缘、自动控制和通信元件等，因此存在雷击风险是一个严重的问题，对风电机组的安全经济运行产生了重大的威胁。

2）区域划分。为了更好地保护风电机组系统的部件，防雷分区委员会的风电机组系统可以采用滚球法将风电机组系统划分为半径为30X30的几个区域，将防雷系统划分为不同的区域，防止和预测连接干扰。雷电防护和浪涌防护分为三个区域：A区、B区和其他区域，A区有直击雷危险，完全处于电磁环境中，受雷电影响。该区域主要包括叶片、机舱盖、防雷系统、塔架、停车场架空线路和通信电缆。B区不存在直接被雷电攻击的风险，但电磁环境和雷击并未减少。区域类型包括叶片加热段、环境传感器和非屏蔽舱内部。发电机、齿轮箱、冷却系统、电气开关设备、传感器和电缆。以上部件是那些直接被雷击或不受电磁场影响的部件，因为它们通常情况下都是湿的。我们应进一步降低闪烁电流和电磁场，根据被保护系统所需的环境设置后续的闪烁保护区，并选择连续闪烁保护的必要条件。

3 检测装置

1）接地装置检测。风电场的地面结构不同于其他建筑物和电子信息系统。风力发电站可以由几十甚至上百个风力发电机组组成，规模可以是数公里。每个风电机组的接地装置相互连接，形成一个大的接地装置，因此有必要使用接地“大接地网接地阻抗测试仪”。然而，两个等电位连接良好的防雷装置之间的接地电阻应符合SPE标准；风电机组系统的接地电阻测试不能通过将测试仪器连接到预期位置，而是通过依次移动接地塔的位置来实现。每座塔的土壤电阻不同，包括接地的敷设方式，因此每座塔的测试电阻也不同。根据一些行业标准和风电场规范，风力发电机组的工频接地电阻一般要求小于10Ω。一般采用电位降法或三极法测量大电网对地的接地阻抗。一般来说，测试大型地球装置时应采用电位降法，但由于环境科学的限制，没有电位降法，在高空风电场中也可采用三极法的线性方法，由于很难确定地面装置的对角线长度和地面装置的边缘，因此采用线性方法进行测试。反向感应耦合对测试结果的影响应在测试区域内。如果测得的接地阻抗过高，可以将电流电极和电位电极转换到更好的接地位置进行重新测试，三个测试结果的误差率小于5%即可。

2）防直击雷装置检测。风机运行时，涡轮叶片总是比其他设备高，因此容易受到雷电的破坏。测试无法到达叶片。在刀片端部设有雷电记录装置，雷电接收器通过一个或多个模铜负载。因此，在检查过程中，应要求被检查单位的工作人员在闪光器和连接装置上维护。此外，风力涡轮机叶片容易受到雷电的影响，如风速计和机舱。试验过程，在机房内对防风、闪光记录仪进行试验，确认完好，接地电阻符合要求。

3）等电位连接检测。风扇内的电气设备也容易受到电磁闪烁脉冲和闪烁探测的影响。风机的内部保护不容小觑，不允许对各设备进行测试，包括各塔架、风机柜等的等电位联接线、电气控制、发电机、主波、等电位连接器、接地线、各装置的浪涌保护器等，确保系统等电位连接良好，电流迅速放电。挡风玻璃保护器的状况，设备试验，接地装置用大电流表进行导电性试验，以更好地反映避雷器与接地装置之间的电气连接。

4 防雷对策

1）叶片防雷。叶片防雷系统主要用于防止雷电直接对叶片造成损坏。刀片由纯玻璃纤维或木质材料制成，内部导体表面没有金属化。运行经验表明，这些叶片经常遭受雷击，雷击往往是灾难性的。因此，必须对物理结构采取防雷措施，以减少叶片损伤。当叶片被雷击时，通常在叶片顶部玻璃纤维外侧安装空气隔离装置。叶片外表面嵌有铜丝，使雷击金属化，形成网状或薄膜状，引起雷击，可能导致表面局部合并，燃烧或炭化，但不影响叶片强度或结构。

2）机舱防雷。如果对叶片采取防雷措施，也可直接对机房进行保护。但避雷针应安装在机舱后部，并牢固地固定在机舱上。如果框架叶片没有防雷保护，应在电气室的前后安装避雷针。机房内的控制装置，应采用非导电材料，并加以有效保护。屏蔽层两端与设备外壳连接，防止形成漏电回路。另外，机房表面应设置金属条或金属格栅与机架连接，以保证人身安全和一定的电气屏蔽。绝缘叶片、带状保护和附加保护、避雷针等的条件应安装在机房，采用金属结构，并与低速轴承和发电机机架连接，提供良好的安全防护和电气屏蔽。提供电气连接的导线也应尽可能短。

3）塔架及引下线。接地装置的接地引下线的布置应遵循多条平行电流路径的原则，并应垂直安装在一条直线上，使其具有最短、最直接的路径；如果塔身为金属结构或有相互连接的钢丝网，则可作为自然下降线，还可提供专用引下线连接机房和塔架，以减少电压降并通过偏航环。机舱与偏航制动盘可通过接地线连接，使雷电顺利接地。

5 结束语

风力发电在我国生活中的应用。随着社会的进步和发展，越来越多的风力发电场成为我国的一部分。雷电作为风力发电机组最危险的自然灾害之一，雷电防护必须得到加强和改进。风电机组保护的关键是利用防雷装置将风电机组的雷击电流快速、安全地引至地面。因此，在风电场选址和规划之前，必须将防雷作为影响风电机组安装的因素之一，以保证风电机组的安全高效运行。