风力发电机的防雷与接地（课堂PPT）

1、1风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地2 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地 风力机组在自然环境下，不可避免受到自然环境风力机组在自然环境下，不可避免受到自然环境的危害，其中，雷击是自然界中对风力发电机组的危害，其中，雷击是自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种危害，一旦发生雷击，安全运行危害最大的一种危害，一旦发生雷击，雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元件烧毁等后果，严坏、发电机绝缘击穿、控制元件烧毁等后果，严重可能造成风机报废，造成巨大的经济财产损失。重可能造成风机报废，造成巨大的经济财产损

2、失。同时，雷击也会对检修维护人员造成巨大威胁。同时，雷击也会对检修维护人员造成巨大威胁。风机防雷保护的必要性风机防雷保护的必要性3 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地4 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地5 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地鉴于雷击无法避免的鉴于雷击无法避免的特性，风力发电机组特性，风力发电机组的防雷重点在于雷击的防雷重点在于雷击时如何迅速将雷电流时如何迅速将雷电流引入大地，尽可能减引入大地，尽可能减少由雷电引入设备的少由雷电引入设备的电流，最大限度地保电流，最大限度地保障设备和人员安全，障设备和人员安全，使损失降低到最小程使损失降低到最小程度。

3、度。对于风力机而言，直对于风力机而言，直接雷击保护主要是针接雷击保护主要是针对叶片、机舱、塔架对叶片、机舱、塔架防雷，而间接雷击保防雷，而间接雷击保护主要是指过电压保护主要是指过电压保护和等电位连接。护和等电位连接。电气系统防雷则主要电气系统防雷则主要是间接雷击保护。是间接雷击保护。6 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地外部直击雷的保护设计外部直击雷的保护设计7 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地叶片的防雷保护叶片的防雷保护叶片防雷叶片防雷叶片防雷重要性叶片防雷重要性雷击造成叶片损坏雷击造成叶片损坏 位置最高是雷电袭击的首要目标位置最高是雷电袭击的首要目标 叶片是风力发电机

4、组中最昂贵的部件叶片是风力发电机组中最昂贵的部件 雷击造成的巨大声波，对叶片结构造雷击造成的巨大声波，对叶片结构造成冲击破坏成冲击破坏 雷电击中叶尖后释放大量能量，雷电雷电击中叶尖后释放大量能量，雷电流使叶尖结构内部温度急骤升高，造流使叶尖结构内部温度急骤升高，造成叶尖结构爆裂破坏甚至开裂成叶尖结构爆裂破坏甚至开裂；8 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地 研究表明，物体被雷电击中时，雷电流总是会选择传导研究表明，物体被雷电击中时，雷电流总是会选择传导性最好的路径。故针对雷电的这一破坏特性，可以在被性最好的路径。故针对雷电的这一破坏特性，可以在被击设备内部构造出一个低阻抗的对地导电通路

5、，这样就击设备内部构造出一个低阻抗的对地导电通路，这样就可以使设备免遭雷击破坏。这一原理是整个叶片防雷措可以使设备免遭雷击破坏。这一原理是整个叶片防雷措施的基础，并且贯穿于整个风力发电机的防雷系统中。施的基础，并且贯穿于整个风力发电机的防雷系统中。 根据国际电工委员会推荐标准风电发电系统根据国际电工委员会推荐标准风电发电系统第第2424部分：防雷保护（部分：防雷保护（IEC TR 6140024IEC TR 6140024）的要求，一般）的要求，一般情况下，是在叶片叶尖部位安装一个金属接闪器，用铜情况下，是在叶片叶尖部位安装一个金属接闪器，用铜质电缆导线把叶尖接闪器和轮毂的防雷引下线可靠接地。

6、质电缆导线把叶尖接闪器和轮毂的防雷引下线可靠接地。 叶片接闪叶片接闪器器轮轮毂毂塔筒塔筒基础基础9 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地 包含接闪器和敷设在叶片包含接闪器和敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导内腔连接到叶片根部的导引线，叶片的铝质根部连引线，叶片的铝质根部连接到轮毂、引至机舱主机接到轮毂、引至机舱主机架、一直引入大地。架、一直引入大地。 叶片防雷系统的主要目标叶片防雷系统的主要目标是避免雷电直击叶片本体，是避免雷电直击叶片本体，而导致叶片本身发热膨胀、而导致叶片本身发热膨胀、迸裂损害。迸裂损害。叶片防雷保护叶片防雷保护10 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地 机舱

7、的防雷保护机舱的防雷保护 现代大多数风力机的机舱罩是用金属板制成，本身就有良现代大多数风力机的机舱罩是用金属板制成，本身就有良好的防雷保护作用。机舱主机架除了与叶片相连，在机舱好的防雷保护作用。机舱主机架除了与叶片相连，在机舱罩顶上后部设置一个（数目可多于一个）高于风速、风向罩顶上后部设置一个（数目可多于一个）高于风速、风向仪的接闪杆，保护风速计和风向仪免受雷击。仪的接闪杆，保护风速计和风向仪免受雷击。机舱的防雷设计11 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地 塔架的防雷保护塔架的防雷保护 专设的引下线连接机舱与塔架，减轻电压降，跨专设的引下线连接机舱与塔架，减轻电压降，跨越偏航环，机舱

8、和偏航刹车盘通过接地线连接，越偏航环，机舱和偏航刹车盘通过接地线连接，因此，雷击时将不受到伤害，通过引下线将雷电因此，雷击时将不受到伤害，通过引下线将雷电顺利的引入大地。顺利的引入大地。12 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地 由于塔筒法兰面之间涂有由于塔筒法兰面之间涂有密封胶，加大了塔筒之间密封胶，加大了塔筒之间的连接电阻，所以必须要的连接电阻，所以必须要降低这部分的阻抗，现在降低这部分的阻抗，现在采取的方法一般是用铜编采取的方法一般是用铜编织电缆或铜导线把两端塔织电缆或铜导线把两端塔筒连接起来。筒连接起来。 塔架的防雷保护塔架的防雷保护13 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷

9、与接地风机的接地风机的接地 风电机组采用风电机组采用TNTN方式供电系统，可以较好的保护风机方式供电系统，可以较好的保护风机电气系统及人员的安全。电气系统及人员的安全。 TNTN系统系统，T T：系统中有一点（一般是电源的中性点）直：系统中有一点（一般是电源的中性点）直接接大地，称为系统接地（接接大地，称为系统接地（System EarthingSystem Earthing）；）；N N：用电设备的外壳经保护接地即用电设备的外壳经保护接地即PEPE线（线（Protecting Protecting Earthing conductorEarthing conductor）与系统直接接地点连接

10、而间接）与系统直接接地点连接而间接接地，称为保护接地（接地，称为保护接地（Protective EarthingProtective Earthing）。意思）。意思就是风力发电机组宜设一共用接地装置，供所有接地就是风力发电机组宜设一共用接地装置，供所有接地之用对于其他原因必须分开装设的接地装置，应采取之用对于其他原因必须分开装设的接地装置，应采取等电位连接，连到共用接地装置上。等电位连接，连到共用接地装置上。 TTTT系统系统，前一个，前一个T T：系统接地是直接接大地；后一个：系统接地是直接接大地；后一个T T：用电设备外壳的保护接地是经用电设备外壳的保护接地是经PEPE线接单独的接地板直

11、线接单独的接地板直接接大地，与电源中的接接大地，与电源中的N N线线路和系统接地点毫无关连。线线路和系统接地点毫无关连。14 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地风机的接地风机的接地 风机接地系统应包括一个围绕风机基础的环状导体，此环风机接地系统应包括一个围绕风机基础的环状导体，此环状导体埋设在距风机基础一米远的地面下一米处，采用状导体埋设在距风机基础一米远的地面下一米处，采用50mm50mm铜导体或直径更大些的铜导体；每隔一定距离打入铜导体或直径更大些的铜导体；每隔一定距离打入地下镀铜接地棒，作为铜导电环的补充；铜导电环连接到地下镀铜接地棒，作为铜导电环的补充；铜导电环连接到塔架塔架

12、2 2个相反位置，地面的控制器连接到连接点之一。有个相反位置，地面的控制器连接到连接点之一。有的设计在铜环导体与塔基中间加上两个环导体，使跨步电的设计在铜环导体与塔基中间加上两个环导体，使跨步电压更加改善。如果风机放置在接地电阻率高的区域压更加改善。如果风机放置在接地电阻率高的区域, ,要延要延伸接地网以保证接地电阻达到规范要求。若测得接地网电伸接地网以保证接地电阻达到规范要求。若测得接地网电阻值大于要求的值，则必须采取降阻措施，直至达到标准阻值大于要求的值，则必须采取降阻措施，直至达到标准要求。要求。 可以将多台风电机组的接地网进行互连，这样就可以可以将多台风电机组的接地网进行互连，这样就可

13、以 通通过延伸机组的接地网可进一步降低接地电阻，使雷电流迅过延伸机组的接地网可进一步降低接地电阻，使雷电流迅速流散入大地而不产生危险的过电压。速流散入大地而不产生危险的过电压。 15 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地风机的接地风机的接地16 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地风机的接地风机的接地17 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地 风机的接地电阻风机的接地电阻: :为了将雷电流流散入大地而不为了将雷电流流散入大地而不会产生危险的过电压，风机的工频接地电阻一般会产生危险的过电压，风机的工频接地电阻一般应小于应小于44，在土壤电阻率很大的地方可放宽到，在土壤电阻

14、率很大的地方可放宽到1010。风机的接地风机的接地18 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地内部防雷（过电压）保护系统内部防雷（过电压）保护系统19 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地内部防雷（过电压）保护系统内部防雷（过电压）保护系统 依据是否可能发生直击雷，雷电流的幅值以及相依据是否可能发生直击雷，雷电流的幅值以及相关电磁场情况，关电磁场情况，国际电工委员会对防雷过电压保国际电工委员会对防雷过电压保护的防护区域划分为：护的防护区域划分为：LPZ0 LPZ0 区（区（LPZ0ALPZ0A、LPZ0BLPZ0B），），LPZ1 LPZ1 区，区，LPZ2 LPZ2 区。区。2

15、0 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地内部防雷（过电压）保护系统内部防雷（过电压）保护系统四种雷电保护带四种雷电保护带21 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地 在金属塔架接地良好的情况下，叶片、机舱的外部（包在金属塔架接地良好的情况下，叶片、机舱的外部（包括机舱）、塔架外部（包括塔架）、箱式变压器应属于括机舱）、塔架外部（包括塔架）、箱式变压器应属于LPZ0LPZ0区，区，在在0 0区内的各部分物体都可能遭到直接雷击，并区内的各部分物体都可能遭到直接雷击，并且电磁场没有衰减，但是，雷击的危险性也最高。其中，且电磁场没有衰减，但是，雷击的危险性也最高。其中，完全暴露但不受接闪

16、器保护的区域属于完全暴露但不受接闪器保护的区域属于LPZ0LPZ0A A区；受到接区；受到接闪器保护的区域，并且在风力发电机的外部的区域属于闪器保护的区域，并且在风力发电机的外部的区域属于LPZ0LPZ0B B区。受到接闪器保护的区域，并且在风力发电机的区。受到接闪器保护的区域，并且在风力发电机的内部，属于内部，属于 LPZ1 LPZ1 区，这其中包括电缆、发电机、齿轮箱区，这其中包括电缆、发电机、齿轮箱等。塔架内电气柜中的设备，特别是屏蔽较好的弱电部分等。塔架内电气柜中的设备，特别是屏蔽较好的弱电部分应属于应属于 LPZ2 LPZ2。依次类推，可划分为不同的区域，越往内依次类推，可划分为不同

17、的区域，越往内部，危险程度越低。当电气走线或金属管线穿过这些分区部，危险程度越低。当电气走线或金属管线穿过这些分区界面时，必须在每一穿过点做等电位连接。界面时，必须在每一穿过点做等电位连接。内部防雷（过电压）保护系统内部防雷（过电压）保护系统22 风力发电机的防雷与接地风力发电机的防雷与接地内部防雷保护系统内部防雷保护系统 等电位等电位连连接接：一般情况下，只需要对从一个保护带跨到另：一般情况下，只需要对从一个保护带跨到另一更低保护水平防雷带的电缆进行过电压保护，而无需对一更低保护水平防雷带的电缆进行过电压保护，而无需对本区内的电缆进行保护。在不同的保护区的交界处，通过本区内的电缆进行保护。在不同的保护区的交界处，通过SPDSPD（防雷及电涌保护器）对有源线路（包括电源线、数（防雷及电涌保护器）对有源线路（包括电源线、数据线、测控线等）进行等电位连接。适当的等电位连接可据线、测控线等）进行等电位连接。适当的等电位连接可以在雷击时避免出现触摸电压和跨步电压从而起到保护作以在雷击时避免出现触摸电压和跨步电压从而起到保护作用，并减少对电气电子系统的危害。用，并减少对电气电子系统的危害。 隔离：在机舱上的处理器和地面控制器