风电机组的外部防雷技术措施.ppt

1、风电机组的外部防雷技术措施,IEC/ TC81/ WG3中国专家： 关象石 E-mail：,2 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,定义（1）,直接雷： 雷电直接击在大地上、建筑物上或其他物体上，产生电效应、热效应、机械力。雷击电磁脉冲： 直击雷发生时，雷电流的电磁效应，含雷电波侵入和空间磁场效应，俗称间接雷击或感应雷。,3 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,定义（2）,向下闪击： 起始于雷云对大地产生的向下先导的闪击。由一次首次短时雷击组成，其后可能有多次后续短时雷击。向上闪击： 起始于一已接地的建(构)筑物对

2、雷云产生的向上先导的闪击。由其上可能有多次后续短时雷击及一个长时间雷击组成。,4 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,下行雷的可能组成部分 - 选自IEC62305-1 / GB/T21714.1 图A.3,5 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,上行雷的可能组成部分 - 选自IEC62305-1 / GB/T21714.1 图A.4,6 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,定义（3）,- 首次短时雷电流参量,7 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫

3、| 7月7日,定义（4）,- 云地闪的形成过程,8 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,风电机组外部防雷相关参考标准,GB 50057 建筑物防雷设计规范 IEC 62305-1: 2006 雷电防护 第1部分: 总则 GB/T 21714.1-2008 IEC 62305-2: 2006 雷电防护 第2部分: 风险管理 GB/T 21714.2-2008 IEC 62305-3: 2006 雷电防护 第3部分:建筑物的物理损坏GB/T 21714.3-2008 和生命危险 IEC 62305-4: 2006 雷电防护 第4部分: 建筑物内电气 GB/T

4、 21714.4-2008 和电子系统 IEC 61400-24 ：2002 风力发电机组 雷电防护,9 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,IEC标准体系简介,10 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,综合防雷系统的组成,11 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,防雷的原理,利用外部防雷装置来拦截雷闪，利用引下线把雷电流泄入地中。主要是防直击雷造成的损害，同时为内部防雷打好基础。 防雷如同防洪，其原理是为雷电流提供一低阻抗的通道，同时采取内部防雷措施，降低或减少对电气、电子

5、系统的损害。,12 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,雷电流的分配原则,13 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,雷电对风电机组的损害（1）,- 引自IEC61400-24 表4 雷击损毁事件的发生频度,14 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,雷电对风电机组的损害（2）,- 引自IEC61400-24 表5 雷击损毁风力发电机组的地区效应(德国),15 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,雷电对风电机组的损害（3）,- 引自IEC6

6、1400-24 图7 各部件的故障（德国）,16 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,雷电对风电机组的损害（4）,- 引自IEC61400-24 图8 各部件的故障（丹麦）,17 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,雷电对风电机组的损害（5）,- 引自IEC61400-24 图9 各部件的故障（德国）,18 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,雷电对风电机组的损害（6）,- 引自IEC61400-24 图10 各部件的故障（德国）,19 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电

7、机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,雷电对风电机组的损害（6）,德国斯图加特人报 1995.3.25 在黑尔戈蓝(德国西北部一岛)的大型风力发电机，能供应岛上1/4电量，但去年冬天因雷击损坏了风叶，它不再发电。 去年冬天，雷击使丹麦的8台大型风力发电机中6台损坏。,20 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,直击雷防护的要点,接闪 引下 接地,21 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,风电机组接闪状况,22 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,风电机组接闪状况,23 | 风电

8、机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,帕德博恩 /德国 直接损失 150万欧元,Source: GDV,风电机组接闪状况,24 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,The left picture contains a mistake! Have you found it?,风电机组接闪状况,25 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,接闪（1）,塔架（钢筋混凝土内钢筋或金属支撑体） 叶片（把雷电流引导轮毂） 材料（GRP玻璃钢） （CRP碳纤维）,26 | 风电机组研讨会 |关向石 |

9、 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,接闪（2）,叶片接闪的可能性最大 - 位于风机塔制高点上 - 有效高度h100m，上行闪击增大 - 3叶片20rpm速度旋转时，每个叶片以 120/s旋转，可能多片接闪,27 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,接闪（3）,A型 - 在叶片前缘外部的一个折板（副翼）用于制动。有用于才做折板的钢丝可接闪。雷击点常出现在钢折板的铰板处。 B型 - 由弹簧夹持的叶尖刹车，雷击点主要发生在距叶尖点几十厘米处，或在变浆轴最外端的的表面。 A型和B型叶片通常用于100kW大的老式风力发电机组,28 | 风电机组研讨会 |关

10、向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,接闪（4）,C型 - 由一钢丝控制的叶尖刹车。雷击点主要发生在距叶 片端点几十厘米处，或在变浆轴最外端的的表面。与B型叶片对比，由于雷击而在雷击点和轴最外端形成的电弧会引起C型叶片的损坏更严重。 D型 - 叶片由非导体材料制成，雷击点随意分布。,29 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,接闪（5）,- 引自IEC61400-24 图17 风力发电机组叶片形式,30 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,接闪（5）,- 引自IEC61400-24 图18 现代大型风力

11、发电机组叶片的雷电防护,31 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,接闪（6）,叶片 - 利用可导电的物体 - 加装接闪导线（可能会影响叶片的空气动力学特性 和产生噪声） - 粘贴金属箔（可能剥离） - 分段避雷带（尚未成熟） - 叶片上接闪点,32 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,Air-termination rod,接闪（7）,33 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,接闪与引下线的连接,- 在叶片根部将接闪导线连接至叶片法兰或轮毂上 - 叶片的桨距可调时（如D型），

12、可用软编织铜带与 过轴承搭接 - 带叶尖刹车的叶片（如C型），要采用跨接保护控 制钢丝的液压系统,34 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,- 在叶片根部，引下线系统通常连接在叶片法兰上或轮毂上。 - 如果叶片的浆距是可调的（D型叶片），雷电流既可以从浆距轴承不 加控制的通过，也可以从过轴承的一些搭接(如滑套)或柔性连接电缆 通过。过轴承的柔性连接要与叶片的引下线的最里面的部分相连。 - 带叶尖刹车的叶片（C型叶片），控制钢丝的液压系统必须进行防护。 闪络会从活塞杆传到缸体而使标准液压缸损坏。通常，液压缸的雷电 防护是通过柔韧的有足够间距的连接带来转移雷

13、电流。还有一种方法 是利用滑动空气间隙结构。 - 一定要注意减小这种连接带的驰度，因为连接带松弛部分两端的感应 电压降会变得很高而影响液压缸的防护。,叶片与轮毂的连接（1）,35 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,碳刷或放电间隙,叶片与轮毂的连接（2）,36 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,内部的等电位连接,- 各金属物之间直流过度电阻？，不宜大于0.2 - 轴承由于不完全的电气连接，可能会因电位差而 发生闪络，造成凹瘪。 - 齿轮箱内也会发生闪络，目前其防护方法尚在 研究中。,37 | 风电机组研讨会 |关

14、向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,引下线,金属塔架 金属钢管塔身 均可作为雷电流的引下线,38 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,雷电流的大小,RB,RA,Lightning event acc. VDE 0185 acc 200kA Lightning event acc. IEC 61400 T24 30kA Earth resistance RB & RA : 0,5 Ohm/50Hz Earth resistance RB & RA: 3-8 Ohm/25kHz Cable inductance: 1H/m u= L*di/dt,Voltage drop: 30kA x 0,5 Ohm = 15kV 30kA x 8 Ohm = 240kV,39 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,接地装置,- 引自IEC61400-24 图28典型的风力发电机组接地排列,40 | 风电机组研讨会 |关向石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月7日,接地装置,41 | 风电机组