基于環(huán)形間隙放電器的新型風(fēng)力發(fā)電機組防雷系統(tǒng)

作者：莊嚴(yán)

由于風(fēng)力發(fā)電機組獨特的結(jié)構(gòu)、外形、及野外安裝的客觀條件，造成機組經(jīng)常受到雷擊。

　　雷電不僅對葉片及輪轂造成嚴(yán)重?fù)p壞，還會導(dǎo)致其它電氣事故，如造成低壓電氣故障及控制系統(tǒng)故障等，雖然在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，如IECTR61400-24和NRELSR500-31115等文件已經(jīng)指出如何避免和減少雷擊事故的方法，但還應(yīng)不斷地尋找的解決方案。

　　本文的作者專注研究于機組的電氣和低壓控制系統(tǒng)，在機組的直擊雷防護上鄭州凱威防雷科技有限公司提出了一種新型的基于環(huán)形間隙放電器的防雷系統(tǒng)。

　　這種系統(tǒng)由分別安裝在輪轂和塔筒上的環(huán)形電極組成，輪轂的環(huán)形電極于葉片內(nèi)部的導(dǎo)雷電纜連接，塔筒的環(huán)形電極與塔筒形成可靠的電氣連接，并安裝在水平于輪轂的機艙底部。兩個環(huán)形電極的間距保持在1m以內(nèi)，這樣可以避免輪轂在運動過程中與塔筒上的環(huán)形電極造成撞擊而影響機組偏航。當(dāng)雷電擊中葉片時，雷電流沿葉尖接閃器及導(dǎo)雷電纜將雷電流傳送到輪轂上的環(huán)形電極，由于兩個環(huán)形電極間存在電位差，所以可以使兩個電極觸發(fā)形成雷電通道，最后雷電流通過他同上的環(huán)形電極泄放入地。

　　在本文描述的試驗中，實驗者采用了比例尺為1:100的風(fēng)機模型進行了基本的實驗，同事對風(fēng)電防雷的前瞻技術(shù)進行了討論，這個實驗為這種避雷系統(tǒng)的有效性進行了驗證，相關(guān)資料由日本電氣工程師協(xié)會及JohnWiley&Sons公司在2006年對外發(fā)布。

雷電對機組的影響已經(jīng)暴露出來，日本經(jīng)常會受到嚴(yán)重的雷擊侵襲。而最有名的的應(yīng)該是日本沿海地區(qū)獨有的冬季雷暴。實際上，在日本的沿海的風(fēng)力發(fā)電場每年都受到嚴(yán)重的雷電影響，同時由于日本冬季雷的電流強度高于世界平均雷電流強度，鄭州凱威防雷科技有限公司13938510282所以其威力和破壞力也是巨大的。

　　盡管按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)采取了一定的防護措施，但在對于葉片而言仍沒有更好的防護手段，當(dāng)雷電擊中機組后雷電流的傳導(dǎo)還存在很多不確定性。

　　所以說在風(fēng)力發(fā)電雷電防護領(lǐng)域還有很多的工作需要進一步完善，一般來講，機組的防雷系統(tǒng)包括：機艙接閃器（測風(fēng)支架）、葉片接閃器、由于機艙上接閃器的高度和角度不能滿足防護需要，單獨設(shè)計避雷塔的費用也較高；盡管葉片上配置有接閃器，也被IEC61400-24這一技術(shù)屬性文件明確提出，并作為一種通用方案，但是這并不是最完整有效的防護方法。無論葉片上是否有設(shè)計接閃器，對于機組的變槳、主控、發(fā)電機、變壓器等低壓電控設(shè)備的雷擊事故依然發(fā)生。IEC的一篇技術(shù)性文章指出：雷電對機組的影響主要集中在低壓電控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，一般來說只要機組中存在低壓電子類裝置，在雷電發(fā)生時，低壓電控設(shè)備都是受到雷電電磁脈沖的影響及直接在線路上產(chǎn)生的浪涌的侵襲。

　　考慮到機組的特殊情況，作者提出了一種利用兩個環(huán)形電極構(gòu)成的間隙放電器組成的直擊雷防護系統(tǒng)，這種系統(tǒng)最擔(dān)心的問題是如何保證雷電流不進入輪轂及機艙，這部分在文中將作為重點討論。通過一個比例尺為1:100參照實際的2MW風(fēng)力發(fā)電機組制作一個模型，并采用這種防雷系統(tǒng)，通過雷擊實驗的方式驗證這套系統(tǒng)的有效性和優(yōu)勢。