阜新地區風力發電防雷技術淺析

謝 媛劉 繼范 野宋占利

（1.遼寧省阜新市氣象局 遼寧阜新 123000 2.遼寧省阜新市細河區衛生和人口計劃生育局 遼寧阜新 123000）

阜新地區風力發電防雷技術淺析

謝 媛1劉 繼1范 野1宋占利2

（1.遼寧省阜新市氣象局 遼寧阜新 123000 2.遼寧省阜新市細河區衛生和人口計劃生育局 遼寧阜新 123000）

引言

隨著全球性能源危機的日益加劇，能源是人類社會存在和發展必不可缺的動力，而面對全球經濟和人口增長的能源需求，傳統能源的日益枯竭，發展清潔可再生能源是人類可持續發展的唯一出路。風電是改善能源結構，應對氣候變化的重要選擇，所以，風能作為一種清潔可再生能源受到了世界各國的關注。中國為應對全球氣候變化，履行節能減排義務，已大力發展此項技術。與此同時，中國幅員遼闊，可開發的風能資源儲備極為豐富，截止到2014年，中國風電產業發展勢頭良好，新增風電裝機量刷新歷史記錄。中國已成為風電大國。但是，由于風電場大多選址比較空曠，這樣也就增加了被雷擊的風險，雷擊就成為威脅風力發電及安全運行的最大天敵。所以，防御雷電襲擊，是保障風電安全運行的關鍵。

1 阜新地區風電概述

阜新位于遼寧的西部，屬溫帶季風氣候區，四季分明，雨熱同期，光照充足，常年多風。當地流傳著形容刮風時間長的這么一句諺語：“一年刮兩次，一次刮半年”。根據我國風能資源分布特征，風能資源豐富區主要集中在兩大區域，一個是由西北、華北、東北地區組成的“三北風帶”，另一個是由沿海各省海岸線區域組成的“東部沿海風帶”。阜新市位于“三北風帶”內，屬風能資源豐富區，是風能資源網絡中的“黃金點”，發展風力資源擁有得天獨厚的優勢。從2001年起，阜新開始著手風力發電前期工作。截至目前，阜新已設立測風塔123處，測風點分布密度在全省乃至全國最大，為阜新風能資源評價奠定了基礎。

2 風力發電原理及電機結構

風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。風力發電機是將風能轉換成機械能，再將機械能轉換成電能的機電設備，主要由風葉、機艙和風塔三大部分組成。風葉是由兩支或兩支以上的螺旋槳性葉片所組成，它主要作用是將風轉化為機械能。機艙里主要由風輪軸、齒輪箱和發電機等組成，主要作用是將機械能轉化為電能。為了獲取一定高度和均勻的風力，需要建立風塔來支撐以上部件，所以一般風塔修建的比較高，而它的高度也是由地面障礙物對風速的影響和風輪的直徑決定的。

3 雷電防護

3.1 外部防雷保護

（1）接閃器

風力發電機組中最高部分就是葉片，所以接閃器應預先布置在葉片的預計雷擊點處以接閃雷擊電流。葉片上的接閃器通過金屬連接帶連接到中間部位。對于機艙內的滾珠軸承，為了避免雷電在通過軸承是引起焊接效應，應將其兩端通過碳刷或者放電間隙橋接起來。機艙罩一般采用非導電材料制成，在機艙表面內敷設一圈環形的接閃帶，同時考慮到葉片是旋轉的，機艙蓋后緣安裝接閃桿，與接閃帶相互連接。

（2）引下線

如果風機塔身為金屬的，可直接用其塔身作為引下線，不再另行敷設；但是如果風機塔身為混凝土的，則需要在塔身采用暗傅引下線辦法（選材：鍍鋅圓鋼φ8～10mm，或者鍍鋅扁鋼30mm×3.5mm）。

（3）接地系統

風電機組的接地系統是風機防雷保護系統的關鍵部位。風塔塔基的接地極可作為風機的接地地網來使用，塔基的地網應和控制室的地網相連接，形成一個等電位連接帶。地網可采用水平接地和垂直接地公共組成，水平環形接地采用40mm×4mm扁鋼沿塔基外圍敷設，垂直接地采用埋入φ25mm的鍍鋅圓鋼。塔身周邊每隔12m與接地網連接，同時與塔基混凝土內鋼筋連接[1]。

3.2 內部防雷保護

（1）等電位連接

等電位連接能有效的減少部件之間存在的電位差，在內部防雷系統中占據著重要的位置。在風機的等電位連接系統中，把信號、電源線路和金屬管線都進行可靠的等電位連接[2]，以敷設風機基礎的水平環形接地體作為總等電位接地端子板，以及控制室基礎的一圈水平接地體作為總等電位連接端子板，最后把風機和控制室采用熱鍍鋅扁鋼相互連接，設置在風機塔身內部子上，材料均為銅制并相互連接。采用多股絕緣銅導線從控制室處等電位接地端子板引至風機基礎預留的等電位連接。

（2）屏蔽系統

屏蔽系統主要是利用屏蔽的方法來減少電磁干擾。由于機艙包含著風力發電的關鍵設備，包括齒輪箱、發電機等，這就需要設計一個封閉的金屬屏蔽體，使之相對于外部，它的電磁場應得到極大的衰減。因為機艙內的電子、電氣設備都是由金屬制成的，所以，與其相連接的電纜也應配備相應的外部連接和屏蔽，并具有雷電流的承載能力。最后這些屏蔽都應該與等電位系統連接起來。

（3）浪涌保護器

對于過電壓保護，采用多級防護，層層設防的原則[3]。第一級防護：在機艙內及箱變配電處安裝第一級浪涌保護器；第二級防護：在塔身內輔助需求末端安裝第二級浪涌保護器；第三極防護：在機艙電源處及塔身內基礎電源處安裝第三級浪涌保護器。對于信號系統，在機艙傳感器和制動器模擬數據輸入和輸出與主盤的傳感器和制動器模擬數據輸入或輸出安裝信號浪涌保護器。

（4）合理布線

要盡可能的減小閃電感應，在風電機組布線時要盡可能短而直，且靠近承載雷電流的構建；敏感的線路應特殊處理，同時，要設置多個行通道，使電流最小，并盡可能將線路靠近電流密度小的導體；利用多重搭接或者將搭接長度降至最短來減小電差。

4 結語

雷電災害是影響風力發電正常運行的不穩定因素，為保障風電安全運行，對風電系統進行防雷技術研究是防雷研究領域中不可或缺的部分。本文對阜新地區風力發電防雷技術進行綜合分析，采用合理適當的防雷措施才能減小雷電災害對風力發電造成的損失，同時還要不斷認清風電雷擊的嚴重性，加強對風電防雷技術的優化，提高風電防雷的重視度，減少財產損失和排除人員安全隱患，保障風電事業的安全發展。

[1]中國建筑標準設計研究院.《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）[S].北京：中國建筑出版社，2010.

[2]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.風力發電機組規范[R].北京：中國船級社，2008.

[3]中國建筑標準設計研究院.《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB50 343-2004）[S].北京：中國建筑出版社，2004.

TM315

A

1004-7344（2016）05-0276-01

2016-2-5

謝媛，女，遼寧黑山人，助理工程師，學士，研究方向為雷電防御。