風力發電機組防雷保護系統SPD 計算與選用

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

（中節能（陽江）風力發電有限公司，陽江529500）

0 引言

在進行風力發電機組防雷保護系統的選擇時，技術人員盡可能要選擇屏蔽水平高、接地強、等電位的電涌保護器來達到防護作用，為風力發電機屏蔽大量雷電襲擊。而在這一過程中，大量研究人員表示，只有將電涌保護器安裝至風力發電機組內，才可有效防止雷電波的入侵。而在進行電涌保護器（SPD）的選擇時，需嚴格遵循其計算方式的科學合理性，選用符合規格的設備。

在本文研究中所闡述風力發電機組防雷保護系統則都是符合實際需求的，可以有效的達到防雷效果，如GB50343-2004、GB 50057-1994、IEC 61643-12 等都是目前在用。基于實際使用情況不同及通流過程中最大容量、安裝所需客觀條件、電壓保護水平等等因素，所以在實際應用中作用到風力發電機組中時會更為周全考慮多種因素，進而選擇適合的防雷保護系統。在本文研究中闡述了幾種風力發電機雷電保護系統SPD 的選用方法，如下所示。

1 根據配電方式選擇相應模式選用方法

技術人員在進行風力發電機雷電保護系統SPD 的選擇時，盡可能根據設備雷擊電磁脈沖及等電位連接點位置去選擇。與此同時，關于本地區電氣設備SPD 類別的選擇，可由技術人員利用共同接地體電位連接進行確定[1]。同時，SPD 需保障對其所輻射范圍內電氣設備遭受雷擊時產生的電流能量能予以控制，則需要在電涌出現后能達到最大鉗位，還要在雷電電流通過之后殘存殘壓得以控制，則在保護器選擇上可以采取多級設備進行保護。

SPD 在配電系統安裝時在位置和模式選擇上是有一定考慮的。如通流容量較大的SPD 在使用中則應考慮到符合Ⅰ級分類試驗的設備，并且可以借助自身大通流容量來將所遭受到的雷擊通過過電壓的方式泄放置大地，降低過電壓能量，提高SPD 的應用價值。而當所選擇的SPD 無法保障設備交接處配電箱供電設備時，便需要技術人員及時對配電安裝標準以及電力輸出規格進行充分地了解，預估其在受雷擊影響的值，之后，更換配電箱中SPD，利用Ⅱ級分類試驗來實現對配電箱的保護。例如，在對電氣控制配電箱進行防雷系統SPD 的安裝時，則需要技術人員根據實際應用情況選擇殘壓較低的SPD，以此來將所接收到的電氣控制配電箱中雷電流泄至大地，完成對電氣配電箱雷擊保護及管理，提高電力設備對過電壓的耐受程度。除此之外，還需要針對風電發電機組當中電氣設備瞬態過電壓進行控制及管理，考慮在安裝設備時選擇符合Ⅲ級分類試驗的SPD，并有將其安裝在LPZ2 區防雷交接區域內，根據配電系統或設備的類型來選擇正確的安裝模式，以此達到對風力電機組的防雷保護。

此階段，還需要技術人員關注SPD 安裝應當注意的問題，提高其保護作用，具體如下所示：

第一，在進行第1 級保護的SPD 需盡可能接受風力發電機組總進線位置，并與電位連接端處緊密聯系，之后，則需依次對2、3 級保護的SPD 進行保護設備的安裝，選擇正確的安裝方法，且科學合理的選擇被保護風力發電機組來完成安裝工作。

第二，則需保證在進行SPD 的安裝時，保持電位連接導線呈現筆直狀態，且其與被保護風力發電機組設備間連接線盡可能控制在0.5m 左右，且其截面積則需符合電位連接的最小截面需求，使得二者間連接完善[2]。

第三，技術人員在進行SPD 安裝時，還要做好多個部門與設備管理間的統籌兼顧，無論是過電壓的承受能力、風力發電機組設備應用效果等均需列入SPD 能量配合的考慮當中，還要利用退耦裝置的串接來減少續流時存在的問題。在前提條件允許的情況下，采購人員則需按照所采購的SPD 產品型號、類別等選擇同一廠家同類產品，便于安裝與應用，同時，還可幫助不同區域內負責的工作人員了解各級產品間安全防雷擊保護系統及設備的安裝距離要求。同時，在此階段如果技術人員無法了解到所有被保護電力設備防雷擊設備安裝的最佳距離，則可將其與限壓型SPD 安裝的線路長度保持在10 米以上，從根本上提高串接退耦裝置的應用效果。

第四，同一電源系統中SPD 保護電壓水平不大于末端被保護設備耐壓水平的一半時，無需安裝高組SPD，只利用1 級SPD 便可滿足保護需求。

第五，如果在安裝SPD 時涉及到電流傳感器線路的安裝與管理，技術人員還需要著重對SPD 類型及其對線路信號可能存在的影響進行考慮，盡可能減少SPD 對電流傳感線路的影響，提高風力發電機組工作的效率，降低雷擊對其影響[3]。

2 風力發電機組SPD 通流容量的選擇及計算途徑

隨著社會經濟的發展，防雷接地在電氣設備的集成中越發占據重要位置，整個防雷接地的市場容量由2010年的237 億增長到目前的近400 億的市場容量，其中防雷接地施工的市場容量將近20 億，但在國民經濟中仍屬于小眾經濟，人們關注少，與之配套的輕便專業化施工工具的改進較少，特別是風力發電機組SPD 的選擇以及計算。因其多應用于風力發電機組防雷擊系統當中，并且為風電發電機組的正常運行提供了重要保障，所以如果做好風力發電機組SPD 的選擇及其規格的計算顯得非常重要。

自地面進入建筑物的外來導電設備其電子部件、線路以及通信線路等均可能會產生雷電流，進而對建筑內的電力系統產生影響。而在這種情況下，則需要技術人員對外來導電設備的電流量以及可能產生的雷電流進行估計。然后以估計的值來對建筑內發電機組保護設備進行SPD 的安裝，提高其保護的效果。

3 最大持續工作電壓值Uc 的選擇

在進行防雷擊系統中SPD 的安裝時，最大持續工作電壓值與SPD 的安裝情況、應用效果間有著直接性的聯系。且最大持續工作電壓值在持續加在SPD 上時，并不會對SPD 的最大交流電壓有效值或電壓值產生任何額外的影響，只是保證最大持續工作電壓值一直高于系統中的最大持續電壓數據[4]。在GB/T18802.12 中明確規定，將最大持續工作電壓值作用于SPD 上時，需考慮可能出現的10%的系統電壓數據偏差。

4 防雷擊系統SPD 后備保護元件的選擇

針對風力發電機組應用時電氣的安全性，需盡可能將市電電源與電涌保護器并聯安裝，從根本上減少其可能因各種不確定因素而出現短路的問題。同時，電涌保護器還需在電氣元件前安裝短路保護器件，而熔斷器有著其顯著的優勢，可在整個電涌保護器運行過程中充分發揮自身的作用為風力發電機組提供防雷擊保護。同時，還要求技術人員需正確認知后備保護元件的作用，并嚴格按照規定進行安裝、維護，為后續防雷擊系統電涌保護器運行的安全穩定性提供重要保障。同時，高質量的后備保護元件能夠為風力發電機組額定電涌電流提供保護作用，使得茯電涌電流外泄正常。除此之外，將后備元件應用于支路上的殘壓Ures 時，可保證支路殘壓Ures 數據比電力設備保護水平Up 低，使得整個風力發電機系統設備安全，系統運行有序。除此之外，在此過程中，針對電涌擊穿電涌保護器后短路電流值，其必須小于后備保護元件作用點的工頻矩路電流，與主電路過電流保護器做好組間配合[5]。

5 結束語

在現代化建筑設備當中，風力發電機組有著其重要的作用。但是，在此過程中，其因自身電壓等級高、內部電子設備敏感以及集中性強的特點易受到雷擊的影響。而在這種情況下，針對風力發電機組進行防雷保護系統電涌保護器的選用，并通過大量計算來提高電涌保護器規格選擇的科學合理性，同時，還要根據不同電力設備應用情況設置最佳的安裝位置，使得電涌保護器的作用得到充分發揮，這對于提高風力發電機組防雷系統運用水平具有重要的意義。同時，這對于我國風電機組防雷保護系統電涌保護器的進一步研究也具有重大的推動力。