基于環(huán)形間隙放電器的新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷系統(tǒng)

作者：莊嚴(yán)

由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、外形、及野外安裝的客觀條件，造成機(jī)組經(jīng)常受到雷擊。

　　雷電不僅對葉片及輪轂造成嚴(yán)重?fù)p壞，還會(huì)導(dǎo)致其它電氣事故，如造成低壓電氣故障及控制系統(tǒng)故障等，雖然在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，如IECTR61400-24和NRELSR500-31115等文件已經(jīng)指出如何避免和減少雷擊事故的方法，但還應(yīng)不斷地尋找的解決方案。

　　本文的作者專注研究于機(jī)組的電氣和低壓控制系統(tǒng)，在機(jī)組的直擊雷防護(hù)上鄭州凱威防雷科技有限公司提出了一種新型的基于環(huán)形間隙放電器的防雷系統(tǒng)。

　　這種系統(tǒng)由分別安裝在輪轂和塔筒上的環(huán)形電極組成，輪轂的環(huán)形電極于葉片內(nèi)部的導(dǎo)雷電纜連接，塔筒的環(huán)形電極與塔筒形成可靠的電氣連接，并安裝在水平于輪轂的機(jī)艙底部。兩個(gè)環(huán)形電極的間距保持在1m以內(nèi)，這樣可以避免輪轂在運(yùn)動(dòng)過程中與塔筒上的環(huán)形電極造成撞擊而影響機(jī)組偏航。當(dāng)雷電擊中葉片時(shí)，雷電流沿葉尖接閃器及導(dǎo)雷電纜將雷電流傳送到輪轂上的環(huán)形電極，由于兩個(gè)環(huán)形電極間存在電位差，所以可以使兩個(gè)電極觸發(fā)形成雷電通道，最后雷電流通過他同上的環(huán)形電極泄放入地。

　　在本文描述的試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者采用了比例尺為1:100的風(fēng)機(jī)模型進(jìn)行了基本的實(shí)驗(yàn)，同事對風(fēng)電防雷的前瞻技術(shù)進(jìn)行了討論，這個(gè)實(shí)驗(yàn)為這種避雷系統(tǒng)的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證，相關(guān)資料由日本電氣工程師協(xié)會(huì)及JohnWiley&Sons公司在2006年對外發(fā)布。

雷電對機(jī)組的影響已經(jīng)暴露出來，日本經(jīng)常會(huì)受到嚴(yán)重的雷擊侵襲。而最有名的的應(yīng)該是日本沿海地區(qū)獨(dú)有的冬季雷暴。實(shí)際上，在日本的沿海的風(fēng)力發(fā)電場每年都受到嚴(yán)重的雷電影響，同時(shí)由于日本冬季雷的電流強(qiáng)度高于世界平均雷電流強(qiáng)度，鄭州凱威防雷科技有限公司13938510282所以其威力和破壞力也是巨大的。

　　盡管按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)采取了一定的防護(hù)措施，但在對于葉片而言仍沒有更好的防護(hù)手段，當(dāng)雷電擊中機(jī)組后雷電流的傳導(dǎo)還存在很多不確定性。

　　所以說在風(fēng)力發(fā)電雷電防護(hù)領(lǐng)域還有很多的工作需要進(jìn)一步完善，一般來講，機(jī)組的防雷系統(tǒng)包括：機(jī)艙接閃器（測風(fēng)支架）、葉片接閃器、由于機(jī)艙上接閃器的高度和角度不能滿足防護(hù)需要，單獨(dú)設(shè)計(jì)避雷塔的費(fèi)用也較高；盡管葉片上配置有接閃器，也被IEC61400-24這一技術(shù)屬性文件明確提出，并作為一種通用方案，但是這并不是最完整有效的防護(hù)方法。無論葉片上是否有設(shè)計(jì)接閃器，對于機(jī)組的變槳、主控、發(fā)電機(jī)、變壓器等低壓電控設(shè)備的雷擊事故依然發(fā)生。IEC的一篇技術(shù)性文章指出：雷電對機(jī)組的影響主要集中在低壓電控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，一般來說只要機(jī)組中存在低壓電子類裝置，在雷電發(fā)生時(shí)，低壓電控設(shè)備都是受到雷電電磁脈沖的影響及直接在線路上產(chǎn)生的浪涌的侵襲。

　　考慮到機(jī)組的特殊情況，作者提出了一種利用兩個(gè)環(huán)形電極構(gòu)成的間隙放電器組成的直擊雷防護(hù)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)最擔(dān)心的問題是如何保證雷電流不進(jìn)入輪轂及機(jī)艙，這部分在文中將作為重點(diǎn)討論。通過一個(gè)比例尺為1:100參照實(shí)際的2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制作一個(gè)模型，并采用這種防雷系統(tǒng)，通過雷擊實(shí)驗(yàn)的方式驗(yàn)證這套系統(tǒng)的有效性和優(yōu)勢。