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基于环形间隙放电器的新型风力发电机组防雷系统

作者：庄严

由于风力发电机组独特的结构、外形、及野外安装的客观条件，造成机组经常受到雷击。

　　雷电不仅对叶片及轮毂造成严重损坏，还会导致其它电气事故，如造成低压电气故障及控制系统故障等，虽然在相关标准中，如IECTR61400-24和NRELSR500-31115等文件已经指出如何避免和减少雷击事故的方法，但还应不断地寻找的解决方案。

　　本文的作者专注研究于机组的电气和低压控制系统，在机组的直击雷防护上郑州凯威防雷科技有限公司提出了一种新型的基于环形间隙放电器的防雷系统。

　　这种系统由分别安装在轮毂和塔筒上的环形电极组成，轮毂的环形电极于叶片内部的导雷电缆连接，塔筒的环形电极与塔筒形成可靠的电气连接，并安装在水平于轮毂的机舱底部。两个环形电极的间距保持在1m以内，这样可以避免轮毂在运动过程中与塔筒上的环形电极造成撞击而影响机组偏航。当雷电击中叶片时，雷电流沿叶尖接闪器及导雷电缆将雷电流传送到轮毂上的环形电极，由于两个环形电极间存在电位差，所以可以使两个电极触发形成雷电通道，最后雷电流通过他同上的环形电极泄放入地。

　　在本文描述的试验中，实验者采用了比例尺为1:100的风机模型进行了基本的实验，同事对风电防雷的前瞻技术进行了讨论，这个实验为这种避雷系统的有效性进行了验证，相关资料由日本电气工程师协会及JohnWiley&Sons公司在2006年对外发布。

雷电对机组的影响已经暴露出来，日本经常会受到严重的雷击侵袭。而最有名的的应该是日本沿海地区独有的冬季雷暴。实际上，在日本的沿海的风力发电场每年都受到严重的雷电影响，同时由于日本冬季雷的电流强度高于世界平均雷电流强度，郑州凯威防雷科技有限公司13938510282所以其威力和破坏力也是巨大的。

　　尽管按照相关的标准采取了一定的防护措施，但在对于叶片而言仍没有更好的防护手段，当雷电击中机组后雷电流的传导还存在很多不确定性。

　　所以说在风力发电雷电防护领域还有很多的工作需要进一步完善，一般来讲，机组的防雷系统包括：机舱接闪器（测风支架）、叶片接闪器、由于机舱上接闪器的高度和角度不能满足防护需要，单独设计避雷塔的费用也较高；尽管叶片上配置有接闪器，也被IEC61400-24这一技术属性文件明确提出，并作为一种通用方案，但是这并不是最完整有效的防护方法。无论叶片上是否有设计接闪器，对于机组的变桨、主控、发电机、变压器等低压电控设备的雷击事故依然发生。IEC的一篇技术性文章指出：雷电对机组的影响主要集中在低压电控系统和通信系统，一般来说只要机组中存在低压电子类装置，在雷电发生时，低压电控设备都是受到雷电电磁脉冲的影响及直接在线路上产生的浪涌的侵袭。

　　考虑到机组的特殊情况，作者提出了一种利用两个环形电极构成的间隙放电器组成的直击雷防护系统，这种系统最担心的问题是如何保证雷电流不进入轮毂及机舱，这部分在文中将作为重点讨论。通过一个比例尺为1:100参照实际的2MW风力发电机组制作一个模型，并采用这种防雷系统，通过雷击实验的方式验证这套系统的有效性和优势。