风电系统过电压保护与防雷接地及其设计

朱　杰（镇江江大建筑工程设计有限公司,江苏 镇江212013）

风电系统过电压保护与防雷接地及其设计

朱杰
（镇江江大建筑工程设计有限公司,江苏 镇江212013）

目前我国对于风电系统过电压保护与防雷接的设计无论是国家，还是整个行业仍旧没有设定一个标准。为了保证风电行业能够实现快速的健康发展，就要对其理论结合实际情况进行分析。这样的做法主要是各种情况下都要考虑到对设备的保护等。根据风电工程的实际情况，分析方案实现的可能性，以及是否能满足实际需求。对于风力发电这个新能源行业来说，会涉及到很多关于电力的问题。其中，风电机组主要包括的内容中，不可不提的是二者之间的鲜明特点。

风电系统；实际情况；防雷设计；电压保护

0　前言

当今社会所提倡的环保能源中风力发电是首屈一指事物，它有可再生、无污染的特点。所以，对风力资源的开发利用是当代社会最明智的选择，既可以节约资源减轻资源消耗，又可以加强人们对新资源的探索。随着科技的进步，风力发电从无到有，如今更是在优惠的政策下进行大规模开发。它的前进和社会及国家的鼓励政策是分不开的。这个新兴的行业中，涉及到很多问题，例如风电机组、风电场升压站以及场内输电线路3个方面。目前我国国内现有的风电机组多数是进口机组或是引进国外先进生产技术的机组，但是由于各国都有不同标准，导致目前为止，我国并没有关于风电机组防雷和过电压保护等具体明确的标准。这是眼下我国亟待解决的问题，尽快确立关于风电机组防雷和过电压保护的准则，规范国内行业的发展方向。

1　过电压保护及防雷接地的内容

风电机组过电压保护及防雷接地设计主要考虑到四个方面，分别是直击雷保护、感应雷保护、基础接地系统设计和机组配套升压设备保护。

首先，直击雷保护方面的风电机塔筒一般会很高，非常容易被雷击损坏，因此与这种情况就要及时采取防范措施。风力发电机组包括很多细小的内部结构，这就要求在设计防雷保护时要做到分开并全面的考虑。如在风电机的上方、两侧及尾部都要安装不同的避雷针，不仅如此内部的装置更为复杂。有了如此完整的防护措施在受到直击雷袭击是，才能保证各部雷电顺利地以最近的路径沿塔柱引入接地装置，并流向大地。

其次，是感应雷保护。感应雷的保护是指系统内部易受感应破坏的设备加强过电压保护对其进行保护的装置，在其受到电力袭击是，该保护装置要快速的运行释放电力袭击带来的能量，达到保护设备不被损坏的目的。其中无论是电源防雷还是信号防雷都是其中不可或缺的部分。

再次，接地系统。风力发电机由于长期暴露在外部或高出很容易受到雷电袭击，因此，做好接地措施是风力发电最好的选择。风电机会利用自身具有的防雷装置的优势，把流入引进大地。同时，由于风电机布置为了更好地发电，其位置多在人烟稀少的高山上、海岛上以及海滩边。因此根据他们所在的不同地理位置及其差异，给防雷的保护不同的要求。即使同在高山上，其所处的位置仍会有地质等方面的差异，如不同的土壤电阻率不同，电阻率越高其有效范围就会越大。这就要求要对每台风电机单独的设计防雷措施。

最后，是机组配套的升压设备保护，一般情况下风力发电机的出口电压为690V，需要通过箱式变压器将电压升高到一定标准后送入升压站，而在风电机附近一般布置着箱式变压器，因此直击雷问题可不用进行考虑。但是一旦配套升压变高压，就要采取在变压器高压侧安装专门的避雷器来防止雷电侵入波而导致的不良影响，同时，还可在低压侧安装电涌保护器以此保护风电机组内部不受雷电干扰。

2　过电压保护及防雷接地的实际操作

在风电场升压站的设计中，还有两类不可忽视的操作过电压的问题，他们分别是隔离开关操作和中压真空断路器操作。

首先，隔离开关操作中，空载母线如果在操作过程中发生，可能造成重击穿将会产生幅值超过2.Op.u.、频率为数百千赫至兆赫的高频振荡过电压。为减少这种事件发生概率，宜采取这些要求:1、采用金属氧化物避雷器，以此达到加强保护的目的，减少隔离开关操作时所产生的不利影响。2、隔离开关操作中，气体绝缘全封闭组合电器(GIS)升压站的空载母线时，要对采用的操作方式多次确认，避免可能引起的危险操作。

其次，真空断路器。真空断路器的操作往往是过电压产生的可能。例如，截流过电压,真空断路器凭借良好的灭弧性能优势，开始断小电流的时候，电弧会在过零前熄灭，电流被贸然切断，会导致滞留于电机等电感绕组中的能量会产生向绕组的杂散电容充电的现象，促使其转变为真正的电场能量。还有，由于与弧隙多次发生重燃现象，电机电容多次被电源充电所产生的过电压的多次重燃。真空断路器在准备切断电流的时，工频电源存在于触头的一侧，另一侧则是振荡电源，起到的是为LC回路充放电的作用。一旦触头间开距达不到想要的大小，就有可能导致电压在叠加后会致使弧隙间出现击穿的现象，断路器一旦恢复电压就会立即升高。如果触头开距不过小，第二次重燃现象就会发生，甚至是多次反复重燃的现象，多次充放电会致使振荡的发生，恢复电压会随之逐级升高，负载端的电压也伴随着升高，经过多次的重燃最终会造成电气设备的损坏。

3　结 语

通过风力发电系统我们了解到，过电压保护大致可以分为三个部分，他们分别是风电机组、升压站以和场内输电线路过电压保护及防雷接地。其中，后两个部分已经有了可供参考的国家标准，在行业中也形成了要求。风电机的接一定要充分的利用自然接地优势，采取适当的方式同时也结合其他方式，确保其效范围内的安全。例如，采用的降阻剂、深井及斜井等方法，来降低接地电阻的危害。同时，为有效地防止雷电入侵高压侧，安装氧化锌避雷器的安装就显得必不可少。同时，为了确保安全，还要加强其低压侧的安全装置。

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[5]钱启良，赵永炬，符成院．试分析海南东方风力发电厂600kW风电机组防雷过电压保护系统[J].风力发电,2004(01)：69．