風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷檢測工作探討

呂建菲

（河南省現(xiàn)代防雷有限公司，河南 鄭州 450003）

1 前言

由于科學(xué)技術(shù)的超快發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)在我們的視野中。風(fēng)力發(fā)電作為一種可再生能源發(fā)電，是各國能源發(fā)展的重點(diǎn)。我國各省都有不同規(guī)模的風(fēng)電機(jī)組在使用中，由于風(fēng)力發(fā)電的特殊性，需要一個相對開放的環(huán)境來保證發(fā)電效率。因此，大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)都是在平原和山區(qū)等開闊環(huán)境中建造的，風(fēng)向相對較低。風(fēng)電場建設(shè)是一項重要的投資，運(yùn)行維護(hù)必須涉及工人和大量的人，但是，由于風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)及其特殊的地理環(huán)境，一旦發(fā)生自然災(zāi)害，風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅。電氣設(shè)備事故常引起火災(zāi)，風(fēng)機(jī)火災(zāi)是一種災(zāi)害。以上實(shí)例說明，風(fēng)機(jī)不可小覷，要防止或減少雷電的發(fā)生，必須有完善的防雷裝置和措施。只有檢測機(jī)構(gòu)完善，才能判斷防雷裝置是否完好。

2 雷電防護(hù)

1）雷擊方式及后果。由于風(fēng)機(jī)的扇子散落在廣闊的平原或丘陵地區(qū)，大型風(fēng)機(jī)葉片高點(diǎn)（輪轂高度加風(fēng)輪半徑）在60～70m之間，易受雷電影響，雷電主要由直擊雷、雷電波、感應(yīng)過載、系統(tǒng)過載和地電位反應(yīng)引起。風(fēng)扇是整個發(fā)電機(jī)最為寶貴的設(shè)備。雷擊損壞（特別是葉片和發(fā)電機(jī)的貴重部件）可能燒毀損壞的葉片，浪費(fèi)電氣絕緣、自動控制和通信元件等，因此存在雷擊風(fēng)險是一個嚴(yán)重的問題，對風(fēng)電機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生了重大的威脅。

2）區(qū)域劃分。為了更好地保護(hù)風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的部件，防雷分區(qū)委員會的風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)可以采用滾球法將風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)劃分為半徑為30X30的幾個區(qū)域，將防雷系統(tǒng)劃分為不同的區(qū)域，防止和預(yù)測連接干擾。雷電防護(hù)和浪涌防護(hù)分為三個區(qū)域：A區(qū)、B區(qū)和其他區(qū)域，A區(qū)有直擊雷危險，完全處于電磁環(huán)境中，受雷電影響。該區(qū)域主要包括葉片、機(jī)艙蓋、防雷系統(tǒng)、塔架、停車場架空線路和通信電纜。B區(qū)不存在直接被雷電攻擊的風(fēng)險，但電磁環(huán)境和雷擊并未減少。區(qū)域類型包括葉片加熱段、環(huán)境傳感器和非屏蔽艙內(nèi)部。發(fā)電機(jī)、齒輪箱、冷卻系統(tǒng)、電氣開關(guān)設(shè)備、傳感器和電纜。以上部件是那些直接被雷擊或不受電磁場影響的部件，因為它們通常情況下都是濕的。我們應(yīng)進(jìn)一步降低閃爍電流和電磁場，根據(jù)被保護(hù)系統(tǒng)所需的環(huán)境設(shè)置后續(xù)的閃爍保護(hù)區(qū)，并選擇連續(xù)閃爍保護(hù)的必要條件。

3 檢測裝置

1）接地裝置檢測。風(fēng)電場的地面結(jié)構(gòu)不同于其他建筑物和電子信息系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電站可以由幾十甚至上百個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組成，規(guī)?？梢允菙?shù)公里。每個風(fēng)電機(jī)組的接地裝置相互連接，形成一個大的接地裝置，因此有必要使用接地“大接地網(wǎng)接地阻抗測試儀”。然而，兩個等電位連接良好的防雷裝置之間的接地電阻應(yīng)符合SPE標(biāo)準(zhǔn)；風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)的接地電阻測試不能通過將測試儀器連接到預(yù)期位置，而是通過依次移動接地塔的位置來實(shí)現(xiàn)。每座塔的土壤電阻不同，包括接地的敷設(shè)方式，因此每座塔的測試電阻也不同。根據(jù)一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和風(fēng)電場規(guī)范，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工頻接地電阻一般要求小于10Ω。一般采用電位降法或三極法測量大電網(wǎng)對地的接地阻抗。一般來說，測試大型地球裝置時應(yīng)采用電位降法，但由于環(huán)境科學(xué)的限制，沒有電位降法，在高空風(fēng)電場中也可采用三極法的線性方法，由于很難確定地面裝置的對角線長度和地面裝置的邊緣，因此采用線性方法進(jìn)行測試。反向感應(yīng)耦合對測試結(jié)果的影響應(yīng)在測試區(qū)域內(nèi)。如果測得的接地阻抗過高，可以將電流電極和電位電極轉(zhuǎn)換到更好的接地位置進(jìn)行重新測試，三個測試結(jié)果的誤差率小于5%即可。

2）防直擊雷裝置檢測。風(fēng)機(jī)運(yùn)行時，渦輪葉片總是比其他設(shè)備高，因此容易受到雷電的破壞。測試無法到達(dá)葉片。在刀片端部設(shè)有雷電記錄裝置，雷電接收器通過一個或多個模銅負(fù)載。因此，在檢查過程中，應(yīng)要求被檢查單位的工作人員在閃光器和連接裝置上維護(hù)。此外，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片容易受到雷電的影響，如風(fēng)速計和機(jī)艙。試驗過程，在機(jī)房內(nèi)對防風(fēng)、閃光記錄儀進(jìn)行試驗，確認(rèn)完好，接地電阻符合要求。

3）等電位連接檢測。風(fēng)扇內(nèi)的電氣設(shè)備也容易受到電磁閃爍脈沖和閃爍探測的影響。風(fēng)機(jī)的內(nèi)部保護(hù)不容小覷，不允許對各設(shè)備進(jìn)行測試，包括各塔架、風(fēng)機(jī)柜等的等電位聯(lián)接線、電氣控制、發(fā)電機(jī)、主波、等電位連接器、接地線、各裝置的浪涌保護(hù)器等，確保系統(tǒng)等電位連接良好，電流迅速放電。擋風(fēng)玻璃保護(hù)器的狀況，設(shè)備試驗，接地裝置用大電流表進(jìn)行導(dǎo)電性試驗，以更好地反映避雷器與接地裝置之間的電氣連接。

4 防雷對策

1）葉片防雷。葉片防雷系統(tǒng)主要用于防止雷電直接對葉片造成損壞。刀片由純玻璃纖維或木質(zhì)材料制成，內(nèi)部導(dǎo)體表面沒有金屬化。運(yùn)行經(jīng)驗表明，這些葉片經(jīng)常遭受雷擊，雷擊往往是災(zāi)難性的。因此，必須對物理結(jié)構(gòu)采取防雷措施，以減少葉片損傷。當(dāng)葉片被雷擊時，通常在葉片頂部玻璃纖維外側(cè)安裝空氣隔離裝置。葉片外表面嵌有銅絲，使雷擊金屬化，形成網(wǎng)狀或薄膜狀，引起雷擊，可能導(dǎo)致表面局部合并，燃燒或炭化，但不影響葉片強(qiáng)度或結(jié)構(gòu)。

2）機(jī)艙防雷。如果對葉片采取防雷措施，也可直接對機(jī)房進(jìn)行保護(hù)。但避雷針應(yīng)安裝在機(jī)艙后部，并牢固地固定在機(jī)艙上。如果框架葉片沒有防雷保護(hù)，應(yīng)在電氣室的前后安裝避雷針。機(jī)房內(nèi)的控制裝置，應(yīng)采用非導(dǎo)電材料，并加以有效保護(hù)。屏蔽層兩端與設(shè)備外殼連接，防止形成漏電回路。另外，機(jī)房表面應(yīng)設(shè)置金屬條或金屬格柵與機(jī)架連接，以保證人身安全和一定的電氣屏蔽。絕緣葉片、帶狀保護(hù)和附加保護(hù)、避雷針等的條件應(yīng)安裝在機(jī)房，采用金屬結(jié)構(gòu)，并與低速軸承和發(fā)電機(jī)機(jī)架連接，提供良好的安全防護(hù)和電氣屏蔽。提供電氣連接的導(dǎo)線也應(yīng)盡可能短。

3）塔架及引下線。接地裝置的接地引下線的布置應(yīng)遵循多條平行電流路徑的原則，并應(yīng)垂直安裝在一條直線上，使其具有最短、最直接的路徑；如果塔身為金屬結(jié)構(gòu)或有相互連接的鋼絲網(wǎng)，則可作為自然下降線，還可提供專用引下線連接機(jī)房和塔架，以減少電壓降并通過偏航環(huán)。機(jī)艙與偏航制動盤可通過接地線連接，使雷電順利接地。

5 結(jié)束語

風(fēng)力發(fā)電在我國生活中的應(yīng)用。隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，越來越多的風(fēng)力發(fā)電場成為我國的一部分。雷電作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最危險的自然災(zāi)害之一，雷電防護(hù)必須得到加強(qiáng)和改進(jìn)。風(fēng)電機(jī)組保護(hù)的關(guān)鍵是利用防雷裝置將風(fēng)電機(jī)組的雷擊電流快速、安全地引至地面。因此，在風(fēng)電場選址和規(guī)劃之前，必須將防雷作為影響風(fēng)電機(jī)組安裝的因素之一，以保證風(fēng)電機(jī)組的安全高效運(yùn)行。