关于风力发电机组的防雷问题

　风能作为一种清洁的可再生能源，越来越遭到世界各国的注重。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2.74×109兆瓦，其间可运用的风能为2×107兆瓦。我国风能储量很大、分布面广，开发运用潜力巨大。跟着世界经济的开展，风能商场也敏捷开展起来。2009年全球风力发电新增31%，共添加37500兆瓦新装机容量，全球总装机容量到达157900兆瓦的新高峰。 
　　 
　　因为风力发电机组是在自然环境下工作，不可避免的会遭到自然灾祸的影响。因为现代科学技能的迅猛开展，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径跟着增高，相对的也添加了被雷击的危险，雷击成了自然界中对风力发电机组安全运转损害最大的一种灾祸。雷电开释的巨大能量会构成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件焚毁等。 
　　 
　　我国沿海地区地势杂乱，雷暴日较多，应充沛注重雷击给风力风电机组和运转人员带来的巨大威胁。例如，红海湾风电场建成投产至今发生了屡次雷击事件，据统计，叶片被击中率达4%，其他通讯电器元件被击中率更高达20%。为了下降自然灾祸带来的丢失，有必要充沛了解它，并做出有针对性的防范措施。本文结合结合国内外风电场运转的经验教训以及风电行业最新开展状况，和大家一起讨论雷电对风力发电机组的损害及对策。 
　　 
　　1雷电的构成 
　　 
　　空中的尘土、冰晶等物质在大气运动中剧烈冲突生电以及云块切割磁力线，在云层上下层别离构成了带正负电荷的带电中心，运动过程中当异性带电中心之间的空气被其强壮的电场击穿时，就构成放电。对风电场运转带来损害的主要是云地放电，带负电荷的云层向下接近地上时，地上的凸出物、金属等会被感应出正电荷，跟着电场的逐渐增强，雷云向下构成下行先导，地上的物体构成向上闪流，云和大地之间的电位差到达必定程度（25—30kV/cm）时，即发生猛烈对地放电。 
　　 
　　2雷电的主要特点 
　　 
　　2.1冲击电流大：其电流高达几万——十万安培； 
　　 
　　2.2时间短：雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电，整个过程一般不会超过60微秒； 
　　 
　　2.3雷电流改变梯度大：雷电流改变梯度大，有的可达10千安/微秒； 
　　 
　　2.4、冲击电压高强壮的电流发生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。一般雷击有三种形式，直击雷、感应雷、球形雷。 
　　 
　　3雷电的损坏 
　　 
　　设备遭雷击受损一般有四种状况，一是直接遭受雷击而损坏；二是雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入使设备受损；三是设备接地体在雷击时发生瞬间高电位构成地电位“反击”而损坏；四是设备装置的方法或装置位置不当，受雷电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。 
　　 
　　因为风力发电机组的叶片高度较高，叶片成了最易受直接雷击的部件（如图一），其他部件遭感应雷和球形雷损坏的危险也相应添加(如图二)。叶片是风力发电机组最贵重的部件之一，大部分雷击事端只损坏叶片的叶尖部分，少数的毁损坏整个叶片。雷击构成叶片损坏主要有两个方面：一方面是雷电击中叶尖后，开释很多能量，强壮的雷电流使叶尖结构内部的温度急骤升高，水分受热汽化膨胀，然后发生很大的机械力，构成叶尖结构爆裂损坏，严重时使整个叶片开裂。

　　图1雷电对叶片的损坏图2雷电对通讯元件的损坏另一方面雷击构成的巨大声波，对叶片结构构成冲击损坏。还有一点值得重视的是雷击一般是击中叶片上翼面。有关变电站和输电线路的防雷技能已经比较老练，在此略过。本文在此主要讨论风力发电机组防雷问题。经过对雷击特点的研讨分析，提出以下几点经济牢靠的综合性防雷措施： 
　　 
　　4风力发电机组防雷措施

    4.1运用新材料防雷电 
　　 
　　针对雷电对设备的损坏特性，实验证明下降被击物体结构内部阻抗，对地势成通路就可避免遭雷击损坏。依据这一特性，在叶片上翼面复合材料中参加具有杰出导电功能和比重轻的碳纤维，并在叶尖部位装一个接闪器，经过电缆与叶片法兰衔接，再由轮毂经过塔架内的接地线接入地网构成雷电通道(如果通道中转动部分导电功能不能到达导电要求，可以加装导电滑环处理)。当雷电击中叶片时，强壮的雷电流经过雷电通道泻入大地，到达避雷效果，而不致使对叶片及其他设备构成损坏。这样实际上叶片成了引雷针，将周围的雷电引来并提早放电，因而应特别注意雷电通道阻抗要十分小，衔接导线要有满足导电截面及杰出的导电性，接地网必定要确保尽量小的阻抗值。 
　　 
　　4.2运用避雷网防雷电将风场内所有建筑工程基础和地桩间运用导电截面积满足的金属导体衔接为一体构成牢靠的具有低电阻接地网，接地电阻越小越好。因为对地电阻小，强壮的雷电流可以敏捷散流到大地，使设备不受强电流、高电压冲击，对被维护设备起到很好的防护效果。 
　　 
　　4.3运用避雷器防雷电 
　　 
　　避雷器又称电涌维护器，在风力发电机组电力电缆和通讯控制线线路上装置避雷器，就能把因雷电感应而窜入电力电缆线、信号传输线的高电压限制在必定范围内，确保设备不被击穿而到达防雷效果。别的，因为通讯较软弱、抗干扰才能较差，为避免雷电带来影响，建议风力发电机组与风场监控体系的通讯联系运用光纤传输。 
　　 
　　4.4运用新技能监测雷电 
　　 
　　在叶片上嵌置光导纤维，加上综合配套的软件，对叶片的载荷、温度、潜在开裂及损坏、雷电打击等起到连续不间断的全天候监测，并提供适时的预警或修理正告，而无需停机检查，对风机实施优化运营与运用，以进步运转的牢靠性和延长叶片寿命。 
　　 
　　我国风力等新能源发电行业的开展前景十分广阔，估计未来很长一段时间都将坚持高速开展。但是，雷电能量十分巨大，雷击的方式又十分杂乱，所以采用合理适当的防雷措施减少丢失，只要更多新技能的突破和应用才能对雷电进行完全防护并加以运用。