风力发电机组的防雷设计方法分析

姚林玲　崔婷茹　杨瑜

摘 要：风能作为一种新型的能源，它既不污染环境又可以实现可持续的发展，因此，对风能的研究与运用具有重要价值，一方面扩大能源供应的途径；另一方面对环境保护也带来积极意义。但是，在风力发电机组工作受到雷击影响，会出现稳定性散失的情况，所以，该文主要研究综合风力发电机组防雷设计，同时严格按照雷击的不同程度完成不同风力发电机组防雷设计方案的设计。

关键词：风力发电机组 防雷设计 分析

中圖分类号：TM351 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（c）-0051-02

随着社会的发展，世界各国人民渴望更加深入地认识可再生能源的利用价值，人们越来越重视能源问题引发的环境问题。在分析风能使用的基础上我们发现，风能最为显著的特征就是洁净和可再生，所以，人们非常重视该项能源的使用。在实际工作中，不断发展着风力发电机组的制造技术[1]。发展到2011年，统计得到我国风力发电机组装机容量已经位居世界第一，达到44 733.29 MW。一般情况下，风力发电机组高度会设置在100 m以上，其中还有很多设置在高原地区以及沿海地区，这部分地区存在十分频繁的雷雨天气，所以，在实际工作中，进一步完善风力发电机组的防雷水平具有非常显著的现实意义。

1 风力发电机组的防雷设计方法

风力机组内部结构防雷关键部位简图如图1所示。

1.1 一般性的防雷设计分析

在雷击过程中为了使发电机组的安全性得到基础保障，其中最为必备的条件就是做好接地工作。一般情况下，会在土地面积很大的地区分布风力发电机，因为存在较高的土地电阻率，所以，在实际工作中，完成防雷设计的时候需要接地部分按照实际需要完成设置，不可以按照常规电气设备接地方式完成设置。在分析相关文献研究之后得到，风力发电机组的不同会对接地电阻提出不同的标准，其中2Q、4n、10Q几种类型是使用最多的，因为施工成本会跟电阻两者之间存在明显的联系，也就是说电阻越小，那么施工成本越高，电阻越大，那么施工成本就越大[2]。在建造风力发电机组之前，首要的工作就是在附近完成小型的接地网的布置，有若干个因为单个接地网所发挥的作用很难满足接地电阻对实际工作提出的要求，最为有效的方法就是连接全部的接地网。所以，在实际过程中，可以铺设金属导体于接地网之间，其最为主要的目的就是，在雷击的过程中，风力发电机组怎样最大程度地降低风电场地电位，在上述的基础上使雷击对变压器等危害程度最大程度地降低。

1.2 发电机的防雷设计分析

发电机其主要的构成部分为3个压敏电阻，共模过电压抑制一般使用压敏电阻M1与M2完成抑制，M3其主要的作用就是对差模电压产生抑制作用，但是保护电路这样设置的话就会发挥暂时性的作用，这种保护电路发挥的抑制作用一般都是一次性的[3]。

1.3 电子系统的防雷设计分析

风力发电机等电子系统主要由以下几个方面构成：首先是发电机；其次是配电变压器；最后是通讯接口。作用如下：配电变压器作用为供电作用，想要变压器的损坏得到最有效的防止，那么就需要从根本上做好变压器的防雷设计。最佳的防护措施如下：将高低两侧装设避雷器安装在变压器上，在低压的一侧则需要完成3个氧化锌避雷器的安装，在高电压的一侧则需要完成3个普通阀型避雷器的装设[2]。

1.4 机舱的防雷设计分析

想要做好机舱直击雷防护，那么首要的工作就是做好叶片的防雷设计，下面一点就是叙述叶片的防雷设计。在叶片防雷设计的基础上，还需要在机舱尾部完成相关避雷针的安装，促使其跟机架紧密连接在一起，这样一来，防雷效果就可以得到基础的保证。倘若叶片并没有按照实际需要完成相应防雷措施的设置，那么就会直接破坏防雷设备，导致防雷效果受到直接的影响，这样一来就需要在机舱首尾两端均完成避雷针的有效安装。分析实际情况得到，很多机舱均是由金属造成的，所以需要在实际工作中，有效地连接机舱、低速轴承以及发电机的基座，这样一来促使防雷效果得到基础的保证。所以需要从根本上做好相应的机舱防雷设计，不同高的避雷针需要按照传感器的高度来完成安装。

1.5 叶片的防雷设计分析

在雷击情况下，发电机组如果受到雷击，那么这部分电流就会释放出非常巨大的能量，这些能量会导致叶片结构温度呈现一个逐渐上升的趋势，导致强大的电磁力产生，叶片变形，还会进一步熔化。对于风力发电机组叶片来说，一般情况下，大多数叶片会按照玻璃刚增强塑料结构设置，或者是按照GRP-木结构设置，其并没有在内部完成导电体的设置。这样一来，在遭受雷击的前提下，结构叶片就会需要承受毁灭性破坏。所以需要重点关注叶片的防雷设计工作，在上述的基础上使叶片受损概率进一步降低。分析相关研究文献得到，在受到雷击的时候，破坏是否存在跟叶片形式两者之间存在非常紧密的联系。在效果方面，不管是木头的叶片上还是玻璃纤维的叶片上其发挥的效果差不多。在上述的基础上使用内腔导引线完成电流的传导，在大地上导入电流，完成雷电的约束。在完成实际工程检验的基础上可以使上述结构发挥的作用得到最好的证明，进而最大程度地发挥防雷效果，所以，这是有效的设计方案。

2 结语

在实际工作中，一次雷击会带来非常大的破坏性，所以对其进行维修以及更换会产生非常多的费用。所以相关人员需要对风力发电机组防雷设计给予足够的重视与关注，我国使用风力发电机还不是很久，所以对于防雷这个方面的工作来说经验非常的不足，需要对国外风力发电机防雷技术进行不断的学习，积极考察雷电天气活动特点，进而促使风力发电机组防雷技术得到进一步发展。

参考文献

[1] 黄金鹏.大功率风力发电机组叶片的雷击分析与防雷系统设计[J].风能，2012，5（22）：80-83.

[2] 王宝归，曹国荣，唐建平，等.大型风力发电机组的防雷保护[C]//中国农机工业协会风能设备分会2013年度论文集.2013.

[3] 戴启胜，张举良，郭飞.风力发电机组防雷技术研究与应用[J].电气制造，2013，9（12）：42-45.