[精品]风力发电机组防雷系统的分析和建议.doc

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1、风力发电机组防雷系统的分析和建议风力发电机组防雷系统的分析和建议【摘耍】本文从风力发电机组（以下简称风机）防雷的原理和泄流的介绍出发，通过对所安装防雷系统上存在的不足之处说明，分析问题的形成原因，给出了具体改进方案，指出了方案的优缺点和可行性。【关键词】叶片防雷；雷电泄流；接闪器；通讯防雷；等电位连接一、叶片的改进设计（一）改进必要性分析1・叶片防雷重耍性下面给出丹麦和德国统计的雷击数据：（1）风机雷击率（2）受雷击损坏部位（3）影响利用率（4）影响发电量（5）修理费用从上面5组数据屮可以看出，叶片的损坏率比较大，主耍由于叶片处于风机的最顶端，最

2、容易遭受直接雷击，并且叶片是处于旋转的动态过程，增大了它遭受雷击的可能性。由于叶片的体积和重量都比较大，并且维修和跟换需耍涉及吊装和运输等，因此叶片的防雷尤其重耍。2•风机被雷击频率和雷击位置为了实施有效的雷击保护，需耍事先对雷击频率和雷击位置进行预测，从而使雷击保护史有针对性。通常用雷击高层建筑的频度估算方法来估计雷击风电机组的频度。对于高度低于60m的建筑物，其雷击频度为：对丁叶尖带防雷保护的风电机组，在计算Ac时其高度应为最大叶尖位置与地面之间的距离。对于叶尖没有保护的情况，其有效高度介于该值与机舱到地面距离之间的值。以上计算方法仅限于低于

3、60in的风电机组。对于高于60m的风电机组，按式（1）计算得到的结果则偏低。估计雷云对大地放电的可能雷击点的位置，可以应用“滚球法”的简化方法。尽管雷击放电具有很大的分散性，“滚球法”得到的结果可能与实际情况存在一定的误差，但该方法还是普遍应用于接地建筑物的防雷设计。TEC标准给出了对应于特定防护水平的滚球半径的大小。将此方法应用于风电机组,则可以推知叶片的大部分、轮毂、机舱的尾部以及部分塔筒均可能成为雷击放电点。3.风机叶片防雷结构及存在的问题（1）雷击造成叶片损坏的机理雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升造成

4、爆裂破坏。研究表明:不管叶片是用木头或玻璃纤维制成，或是叶片包导电体，雷电导致损害的范围取决于叶片的形式。叶片全绝缘并不减少被雷击的危险，而且会增加损害的次数。多数情况下被雷击的区域在叶尖背面（或称吸力面）。（2）通常的风机叶片防雷结构叶片防雷设计在叶尖装有接闪器捕捉雷电，再通过敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片。（3）存在的问题发生雷云对大地放电时，雷电很容易击中叶尖，但也有可能击中叶片的侧面或叶片的绝缘部分甚至内部导体。大地对雷云的放电是从顶端开始形成的，非常强烈地表现在叶尖和其它外部突出的点，如机舱上的避

5、雷针、机舱前端和轮毂等部位。如果叶片具有叶尖防雷保护，则向上发展的雷击放电也将集中在叶尖上。（二）改进方案设计接闪器在叶片背面的顶端，虽然是在最容易被雷击的地方，雷电依然存在没击中接闪器的可能。这种情况下，击中叶片后，叶片局部会剧烈升温，导致叶片屮部或根部的损坏。依我个人所想设计以下两种叶片接闪器的想法，并分析其可行性。1.将接闪器改成线形在叶片背面表面加一道线形接闪器，将次接闪器嵌入叶片内，表面露出在叶片上，在叶片根部连接到导引线。如图4所示。2•多个点状接闪器呈线形排列在叶片内部安装通过敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导引线使雷电导入大地，并在

6、叶片背面增加多个接闪器呈线性摆放，将接闪器依次与叶片内腔的接引线连接。如图5所示。（三）两种设计的优缺点比较1•第一种叶片防雷设计的优缺点（1）优点：①接受雷电能力强。接闪器呈线形，接闪器面积大，接受雷电能力强。②防雷区域大。线形接闪器延续至叶片根部，从叶尖至叶根都能防止雷击。（2）缺点：①接闪器嵌入至叶片内，由于材质和叶片材质的不同，很难使叶片和接闪器很好的结合在一起，使叶片有了分层现象，影响叶片的坚固程度。②接闪器呈线形嵌入至叶片内，当接受到雷击吋，接闪器上温度依然会有一定程度的陡然增加，当温度传递到周围叶片时，线形接闪器两侧的叶片局部会有升

7、温现象，因而会使叶片热胀冷缩，依然呈线形，周围没有约束能力，经过儿次雷击后叶片会变形，会增加叶片旋转吋的阻力，影响机组发电能力。③当接闪器有损坏需要跟换时，由于接闪器是嵌入至叶片内，无法采取用螺栓固定的方法，必须紧密和叶片扣合在一起，因此跟换接闪器时需要将叶片一起跟换。（3）从上述对比设计的利弊，可以看出这种设计虽然可以很好的泄雷，但是却给叶片的坚固程度带來很大损伤。风机的寿命-•般需要达到20年，而这种设计对于这个寿命年限的要求是无法保证的，如果需要跟换接闪器，必须将叶片…起跟换，会造成很大的费用，因此综合來看这个设计是不能采用的。2.第二种叶

8、片防雷设计的优缺点及可行性（1）优点：①接受防雷能力强。有多个接闪器，依次从叶尖至叶根线形排列，将雷电防护区域增大，接受雷电的泄雷作用增