江苏射阳风电场3MW风电机组防雷设计

论文总字数：15988字

目 录

1引言……………………………………………………………………1

2不同雷害特征地区的风电防护措施…………………………………1

2.1雷电对风电机组造成的危害……………………………………………………………2

2.2不同雷害特征地区风电机组防雷措施的区别…………………………………………2

3现场勘察与该机型风机的具体参数…………………………………3

3.1风电场简况………………………………………………………………………………3

3.2环境简况…………………………………………………………………………………3

3.3机组构成与参数…………………………………………………………………………3

4雷电防护等级与防雷保护区的划分…………………………………4

4.1雷电防护等级……………………………………………………………………………4

4.2防雷保护区的划分………………………………………………………………………4

5风电机组外部防雷设计………………………………………………5

5.1风机叶片的防雷原理和设计……………………………………………………………5

5.2机舱的防雷设计…………………………………………………………………………7

5.3轴承的防雷设计…………………………………………………………………………8

6风电机组内部防雷设计………………………………………………8

6.1等电位连接………………………………………………………………………………8

6.2屏蔽隔离…………………………………………………………………………………10

6.3电涌保护…………………………………………………………………………………10

7风电机组防雷接地设计………………………………………………11

7.1接地系统结构……………………………………………………………………………12

7.2不同接地体与接地材料的选择…………………………………………………………12

7.3接地网敷设方案…………………………………………………………………………12

7.4接地电阻的计算…………………………………………………………………………13

7.5布置接地体时应注意的问题和影响……………………………………………………14

8结论……………………………………………………………………14

参考文献……………………………………………………………… 14

致谢…………………………………………………………………… 16

江苏射阳风电场3MW风电机组防雷设计

欧阳立群

，China

Abstract：In recent years, with the accelerating construction of wind farms in China, wind turbines have become larger and larger, and wind turbines have experienced frequent lightning strikes. Therefore, it is imperative to strengthen the construction of lightning protection for wind farms. Firstly, according to the hazard form and principle of thunder and lightning to wind turbines, the key points of lightning protection for wind farms with different characteristics are proposed. Then, the 3MW wind turbine installed at Sheyang wind farm is taken as an example, the specific projects of wind power and lightning protection projects are carried out. Design, focusing on external grounding in lightning protection, wind turbine blade and nacelle access and design, internal surge protection, shielding and equipotential bonding of electrical equipment from generator to substation to nacelle and to tower interior. The design and the corresponding specific requirements were elaborated. A comparatively perfect wind power lightning protection plan was designed based on this analysis idea.

Key words:Lightning protection of wind power;Grounding;Wind turbine blades;Internal lightning protectio

1引言

今天，风能作为清洁能源的重要组成部分，已经越来越被人们所重视并加以开发和利用。风能安全清洁的特点不必多说，其蕴藏量也十分巨大，据估计，全球每年利用风电资源所产生的电量是通过化石燃料燃烧的三倍。因此，风能凭借其总量大可再生、使用安全无污染的特点，在许多行业的能源选择方面具有很强的竞争力。在被世界各国列入能源发展的重要战略选择后，风电产业的发展得到了极大的促进。在我国，风力发电机组正逐步走向大型化，其机组高度也越来越高，通常达到100米以上，并且大多施工在沿海地区或山地等复杂的地形地理地区，这些地区往往都有一个共同点，那就是雷电活动频繁。因此，雷击灾害对风力发电机组将造成极大的威胁，认识并解决雷电对风力发电机组造成的危害措施刻不容缓。

与雷电对一般建筑物的危害类似，风机受到雷电的危害形式有雷电直接击中和感应电流影响两大类。雷电直接击中风电机组的危害，主要体现在雷电直接击中风力发电机时造成的热效应以及机械效应带来的危害，往往会作用于风机叶片、轴承和机舱外部结构，他们会导致风力发电机的不正常运行甚至使风力发电机彻底损坏。感应电流对风电机组的影响，又分为电磁感应和静电感应。所谓电磁感应，即为变化激烈的雷电流在建筑物附近或电子设备的电气线路周围形成了感应电磁场，对电子设备的正常运行造成干扰，在这些电磁场的干扰下，元件内部会形成感应电流，形成火花放电造成过热损坏，进而可能会引起火灾、爆炸等大型事故的发生。对于静电感应，由于尖端效应的影响，在突出的导电物上方会感应出大量电荷，这些电荷的汇集使其电位突然升高，会造成雷电波侵入以及地电位反击等危害。随着风电产业的迅速发展，国内外学者对风力发电机组的防雷研究内容日益丰富，研究方向日益广阔。2014-2015年，Jiang等人通过观察研究击中风电机组叶片的上行闪电和下行闪电的规律，得出需重点预防下行闪电进行雷电防护的结论^[1]。在2016年March等人发现，一般而言，当云电荷区域较低时，例如日本的冬季雷暴，上行闪电的概率相较于下行闪电会增大，此时，则应该更注重上行闪电中对电子设备的影响^[2]。Member Y Y等人在2012年分析了叶片是如何遭受雷击的过程，并对叶片进行了相应的雷电防护^[3]。尹科洋、张石强等调研了近年来雷击损坏风机叶片的案例，对比了各案例中叶片损伤程度，发现改变材料、调整风机叶片内部结构等措施可以改善风机叶片防雷的有效性^[4]。

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