浅析金风S50/750风电机组的防雷系统

高立兵

摘要：金风750kW风力发电机组的防雷系统是结合雷电的特点，将风力发电系统的内外部分成多个电磁兼容性防雷保护区。实际运行时，该防雷系统存在盲点区间，本文对该套系统中存在的问题进行改造，大大增加了有效的保护范围，减少了雷击故障。

关键词：防雷系统；风电机组

引言

雷电危害非常巨大，它可能对地面上的任何一种建筑结构和科技设备造成严重的迫害，科学研究表明，设备所处的高度越高，受到雷电击中的几率也越大。宁夏长山头风电场海拔1505m-1559m，地形起伏较大，相对高差约20m，场址较为开阔，风电机组塔筒高60m，风电机组遭受雷击现象频繁发生，因此风电机组防雷系统的好坏，直接关系着风电机组安全稳定运行。

风力发电机组是处在旷野之中的高耸物体，更容易受到雷电的袭击，并且雷击是无法避免的，因此风力发电机组防雷的重点是遭受雷击时如何迅速将雷电流引入大地，尽可能地减少由雷电导入设备的电流，最大限度地保障人员和设备的安全，使损失降低到最小。

1.金风S50/750风电机组的防雷系统

金风750kW风力发电机组的防雷系统是根据相应的防雷标准，结合雷电的特点，将风力发电系统的内外部分成多个电磁兼容性防雷保护区。其中，在机舱、塔身和主控室内外可以分为LPZ0、LPZ1和LPZ2三个区，针对不同防雷区域采取有效的防护手段。

1.1叶片防雷保护

叶片是风力发电机组中位置最高的部件，同时又是风力发电机组中最昂贵的部件，因此叶片的防雷保护至关重要。叶片的完全绝缘是不能降低被雷击的风险而只能增加受损伤的程度，而且在很多情况下雷击的位置在叶尖的背面。S50/750风力发电机组的叶片防雷系统由雷电接闪器和雷电传导部分组成，如图1所示。

雷電接闪器是一个特殊设计的不锈钢螺杆，装置在叶片尖部，即叶片最可能被袭击的部位，接闪器可以经受多次雷电的袭击，受损后也可以更换。雷电传导部分在叶片内部将雷电从接闪器导入叶片根部的金属法兰，通过延长节、轮毂传至机舱。在轮毂的法兰处有两个防雷碳刷、放电间隙组成的保护将雷电流迅速传至机舱底座，限制过电压。

1.2机舱防雷保护

金风S50/750风机的机舱罩是用玻璃钢材质制成的，它能很好的起到防雷保护的作用。而且在机舱罩的后部装有一根避雷针，它的作用是保护风速仪和风向标。在遭受雷击的情况下避雷针将雷电流通过接地电缆传到机舱底座，避免雷电流沿传动系统传导。机舱底座为钢结构件，机舱内的零部件都通过50mm＼+2铜接地线与之相连。

1.3电控系统防雷保护

电控装置的防雷设计，主要是受架空线路遭雷击或线路远端雷击传导至风机的过电压和大的雷电流。金风机组在配电柜主电缆进线端的主空开690V回路侧并联了防雷器件，在控制柜220V模块用电回路中同时串、并联不同的防雷器件，同时做好风机的接地系统。

为了预防雷电效应，对处在机舱内的金属设备如：金属构架、金属装置、电气装置、通讯装置和外来的导体在靠近地面处作了等电位连接，连接母线与接地装置连接。汇集到机舱底座的雷电流，传送到塔架，由塔架本体将雷电流传输到底部，并通过两个接入点传输到接地网。

2.风机防雷保护中存在的“盲点区间”

金风S50/750风机的防雷保护尽管做的相当全面，但是该套系统中还是存在着不能完全防雷的区域。2012年4月29日早上7：00长山头风电场有11台风电机组不能并网发电，风机监控系统显示风机状态正常，11台风机的风向角监测数据一直显示为0，检查发现11台风机的风向标全被损坏，导致了风机不能正常偏航对风。由于28日晚上多次出现过雷雨闪电现象，雷电将风向标击坏。2013年4月8日长山头#CF34风机，2013年4月18日#CF57风机，2014年8月15日#CF25风机的风向标也均遭雷电击坏。由此可见，机舱罩后部的避雷针并不能完全保证风向标不受雷击。

2.1避雷针系统改造

风机风向标遭受雷击的原因有：1）雷电的多样性和特殊性造成了避雷针不能完全发挥应有的作用。避雷针相对于直击雷和线形雷的防御能力较好，而对其它雷电的防御能力则一般。2）单只避雷针过于简单，风向标的安装位置不够精准。

为了更好的保护风机正常运行，减少雷击次数，减少更换风向标和风速仪的损坏次数，需要对避雷针防雷系统进行改造。长山头风电场防雷改造的方案是精确安装风向标和加装避雷环。

2.2加装避雷环

长山头风电场对部分风机的避雷针进行了技术改进，在避雷针上加装2个半径700mm避雷环，从而使风向标和风速仪处于环网中，这样大大增加了有效的保护范围。经过改造后，风向标被雷电击中而损坏的故障率下降了72%。

3.结论

金风S50/750从叶片、机舱、电气系统方面实现了全防雷保护，但还是存在“盲点区域”。我们不能完全消除雷电对设备、人体构成的危害，但是我们可以减轻危害。只有不断地进行探索和技术改进，才能最小程度的降低雷电对人体、设备的危害。

[参考文献]

[1]电力系统通信站防雷运行管理规程（DL 548-94）.

[2]彭仲源；防雷击地存在的问题和解决方法[J].电气工程，2008.

[3]周静增；风电场风电机组的接地设计[J].源工程，2010年03期.

[4]金风S50/750kW风力发电机组运行维护手册.