【文章摘要】

　　沿海山區(qū)和高海拔地區(qū)通常都是雷雨季節(jié)的雷電高發(fā)區(qū)，未來(lái)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的防雷系統(tǒng)要求會(huì)更加嚴(yán)格，做好防雷系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的安全運(yùn)行更加重要。本文結(jié)合實(shí)際，從風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工， 以及風(fēng)電機(jī)組、電氣系統(tǒng)、集電線路、通訊系統(tǒng)防雷的措施等幾個(gè)方面，闡述如何可以更加有效降低雷電侵?jǐn)_帶來(lái)的傷害，減少因雷擊造成的損失，保證風(fēng)電場(chǎng)安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，力求為今后風(fēng)電場(chǎng)防雷系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考。

　　【關(guān)鍵詞】

　　風(fēng)電場(chǎng)；雷電；防雷系統(tǒng)

　　1 風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工

　　對(duì)于整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)要想減少雷擊事件的發(fā)生，降低雷擊造成的損失，達(dá)到良好的防雷效果，做好防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工是前提條件也是最基本的要求。風(fēng)電場(chǎng)如果沒有良好的防雷接地系統(tǒng)， 雷擊電流無(wú)法迅速傳導(dǎo)于大地，采取所有的防雷措施都無(wú)濟(jì)于事。因此做好風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工是非常重要的。

　　1.1 風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　1.1.1 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和箱變配電設(shè)備防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和箱變配電設(shè)備接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)要根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)所處的地理位置、土壤特征、雷擊自然災(zāi)害發(fā)生的頻率等條件，參照IEC61400- 24-2010《風(fēng)力渦輪機(jī). 第24 部分：防雷保護(hù)》等行業(yè)規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。風(fēng)電機(jī)組的接地既是防雷接地，也是設(shè)備保護(hù)接地、工作接地、防靜電接地。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)是風(fēng)電機(jī)組重要的自然接地體，風(fēng)電機(jī)組的接地銅引線穿過(guò)基礎(chǔ)時(shí)應(yīng)與風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋有效連接，同時(shí)與箱變接地連為一體。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組的接地電阻不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，應(yīng)敷設(shè)人工接地網(wǎng)，人工接地網(wǎng)由厚度不小于4mm、埋地深度不小于0.8m 的扁鐵組成，人工接地網(wǎng)通常為以風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)中心為圓心的同心圓方式布局。風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有的風(fēng)機(jī)機(jī)位的接地電阻應(yīng)符合阻值≤ 4Ω 的要求。

　　風(fēng)電機(jī)組、集電線路、箱變配電設(shè)備的下列金屬部件，均需有效接地：

　　1）風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙（包括葉片、發(fā)電機(jī)組、控制柜等）、塔筒、箱變和高壓電器的底座外殼；

　　2）配電、控制、保護(hù)柜、操作臺(tái)等金屬框架；

　　3）動(dòng)力及控制電纜、通訊光纜的金屬鎧裝；

　　4）配電裝置的金屬架構(gòu)和鋼筋混凝土架構(gòu)，靠近帶電部分的金屬圍欄；

　　5）電力電纜接線盒、終端盒外殼、通訊光纖接線盒、電纜外皮、穿線鋼管和電纜或母線橋架；

　　6）裝在集電線路桿塔上的開關(guān)設(shè)備、避雷器、跌落式開關(guān)等電器設(shè)備；

　　7）集電線路桿塔、避雷線、通訊光纜鎧裝保護(hù)層。

　　1.1.2 風(fēng)電場(chǎng)升壓站防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　風(fēng)電場(chǎng)升壓站內(nèi)集中安裝了最重要的電器設(shè)備和電氣裝置，因此升壓站的防雷接地系統(tǒng)必須嚴(yán)格按照GB50065- 2011《交流電氣裝置的接地設(shè)計(jì)規(guī)范》， 結(jié)合升壓站所處位置環(huán)境及土壤條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般是統(tǒng)一敷設(shè)主接地網(wǎng)，而在避雷針或避雷器附近的地下另外敷設(shè)防雷接地體，加強(qiáng)釋放雷擊電流的能力。一般情況下，風(fēng)電場(chǎng)升壓站接地裝置接地電阻值應(yīng)符合公式：R ≤ 2000/I

　　公式中：R—最大接地電阻值 單位為Ω

　　I—流經(jīng)接地裝置的入地電流（雷擊電流或短路電流）單位為 A

　　在理論設(shè)計(jì)中防雷接地設(shè)計(jì)要滿足R ≤ 2000/I，一般情況通常認(rèn)為110kV 及以上的升壓站防雷接地電阻值R ≤ 0.5Ω，但并不是接地電阻值R ≤ 0.5Ω 就一定合格，如果流經(jīng)接地裝置的入地電流（雷擊電流或短路電流）特別大時(shí)，還要采取其他措施，保證滿足R ≤ 2000/I 的設(shè)計(jì)要求。

　　風(fēng)電場(chǎng)升壓站防雷接地網(wǎng)設(shè)計(jì)要遵循如下原則：

　　1）盡量采用建筑物地基的鋼筋和自然金屬接地物統(tǒng)一連接來(lái)作為接地網(wǎng)；

　　2）盡量以自然接地物為基礎(chǔ)，人工接地體為補(bǔ)充，外形盡可能采用閉合環(huán)形；

　　3）采用統(tǒng)一接地網(wǎng)，用一點(diǎn)接地的方式接地。

　　當(dāng)接地裝置的接地電阻值不符合公式要求時(shí)，可通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，適當(dāng)放寬接地電阻值，但阻值不得大于4Ω，并且要符合我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　1.1.3 風(fēng)電場(chǎng)集電線路防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)集電線路防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)要符合 DL/T620 -《 交流電氣裝置的 過(guò)壓保護(hù)和絕緣配合》的要求。線路桿塔防雷接地系統(tǒng)的電阻值, 通常情況下要滿足R ≤ 30Ω。

　　1.2 風(fēng)電場(chǎng)防雷接地系統(tǒng)的施工

　　1.2.1 防雷接地系統(tǒng)施工要求

　　風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的防雷接地系統(tǒng)地埋接地避雷帶應(yīng)為50×4mm 的熱鍍鋅扁鐵，扁鐵要按照以風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)中心為圓心的同心圓進(jìn)行敷設(shè)。風(fēng)機(jī)接地銅引線與避雷帶要焊接相連，連接點(diǎn)應(yīng)不少于3 處。施工流程一般為：施工準(zhǔn)備→開挖接地溝槽→敷設(shè)接地扁鐵→安裝接地裝置→焊接避雷線→焊接接地網(wǎng)→對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行防腐處理→鋪撒降阻劑→回填壓實(shí)接地溝槽→測(cè)試接地電阻值。

　　防雷接地網(wǎng)所有焊接處的焊縫應(yīng)飽滿，并能夠承受足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不得有夾渣、咬肉、裂紋、虛焊、氣孔等缺陷，焊接處的焊渣應(yīng)清除干凈，并刷瀝青進(jìn)行防腐處理。每處施工完畢后，要及時(shí)請(qǐng)質(zhì)檢人員進(jìn)行隱蔽工程檢查驗(yàn)收，合格后方能隱蔽，同時(shí)做好隱蔽工程的驗(yàn)收記錄。避雷帶應(yīng)平直、牢固安裝，不得有明顯的高低起伏和彎曲現(xiàn)象，間距距離應(yīng)均勻一致。

　　2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷措施

　　目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來(lái)越大，為了更好的吸收風(fēng)能，輪轂高度和葉輪直徑也在不斷增加。與此同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組也增加了被雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，雷擊成了影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的一大危害。雷電釋放的巨大能量會(huì)造成風(fēng)機(jī)葉片損壞、通訊光纖熔斷 、發(fā)電機(jī)絕緣擊穿、控制元件燒毀和液壓缸損毀等。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要部件被雷擊損毀率由高到低依次為電控系統(tǒng)、葉片、通訊光纖、發(fā)電機(jī)、變槳液壓缸。按雷擊損毀維修成本由高到低分別為葉片、發(fā)電機(jī)、變槳液壓缸、電控系統(tǒng)、通訊光纖。

　　2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷系統(tǒng)

　　雷電對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的損害分直擊雷損害和感應(yīng)雷損害，直擊雷主要損壞風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片、變槳液壓缸、通訊光纖等，感應(yīng)雷主要損壞電氣控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)等。針對(duì)直擊雷和感應(yīng)雷，我們要根據(jù)其特性，采取不同的方式對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行保護(hù)。

　　2.1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組外部防雷保護(hù)系統(tǒng)

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的外部防雷保護(hù)系統(tǒng)由接閃器、防雷引下線和接地系統(tǒng)組成， 主要作用是防止直擊雷對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組造成的破壞。

　　1）接閃器

　　雷擊風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的落雷點(diǎn)一般在葉輪的葉片上，因此接閃器應(yīng)預(yù)先安裝在葉片的預(yù)計(jì)雷擊處以承接雷擊電流。為了以可控的方式將雷擊電流引導(dǎo)入大地，現(xiàn)在市面上葉片通常采取每個(gè)葉片安裝4 ～ 6 個(gè)接閃器，這些接閃器通過(guò)葉片內(nèi)腔的避雷線連為一體。接閃器的材質(zhì)多為鋁質(zhì)，避雷線的規(guī)格通常是直徑Φ ≥ 35mm?的多股軟銅導(dǎo)線。

　　為了更好的防止葉片遭受雷擊，現(xiàn)在已經(jīng)有葉片廠家開發(fā)出了新型的防雷葉片。近兩年市場(chǎng)上逐步出現(xiàn)了帶有銅質(zhì)防雷帽的葉片，其用套在葉尖上的銅質(zhì)防雷帽代替葉尖接閃器，增大了承載面積更加有利于將雷擊電流及時(shí)引入大地。由此原理推測(cè)，今后市場(chǎng)上不排除出現(xiàn)帶有防雷帶的葉片，其原理就是用兩條敷設(shè)在葉片表面的銅質(zhì)導(dǎo)電帶代替葉片兩側(cè)的接閃器，使葉片本身更加均勻的增大接受雷擊電流的能力，及時(shí)將雷擊強(qiáng)電流引入大地，避免雷擊對(duì)葉片造成損壞。

　　另外，葉片本身的質(zhì)量對(duì)能否抵抗雷擊也有很大的關(guān)系。因?yàn)槔讚羧~片時(shí)強(qiáng)大的雷擊電流通過(guò)葉片的接閃器、避雷線進(jìn)入大地，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量，致使葉片自身膨脹。如果葉片本身質(zhì)量存在瑕疵，玻纖體內(nèi)部有氣泡或其他填充物質(zhì)，這時(shí)葉片體的膨脹系數(shù)就不一致，當(dāng)雷擊電流發(fā)熱致使葉片膨脹，由于葉片體材質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，就會(huì)造成葉片變形，當(dāng)葉片體變形到一定程度， 就會(huì)將葉片撕裂或脹開，從而是葉片損毀。

　　2）引下線

　　專設(shè)的引下線連接著葉輪、機(jī)艙、塔架和風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)接地網(wǎng)，同時(shí)機(jī)艙和偏航剎車盤也通過(guò)引下線連接為一體。雷擊電流可以通過(guò)引下線順利的導(dǎo)入大地， 避免對(duì)機(jī)組造成損害。 值得注意的是， 有些風(fēng)電機(jī)組取消了塔筒內(nèi)部敷設(shè)的避雷引下線，其利用塔筒自身的導(dǎo)電性能將雷擊電流導(dǎo)入大地。其實(shí)這么做是不夠科學(xué)的，首先每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架至少兩段塔筒對(duì)接通過(guò)螺栓連接在一起，并且兩段塔筒連接的法蘭面還涂有防水膠，無(wú)形中增大了塔筒的導(dǎo)電能力； 其次，雷擊電流不是純直流電流，這時(shí)對(duì)于雷擊電流塔筒相當(dāng)于一個(gè)大的電感， 當(dāng)雷擊電壓作用于塔筒上時(shí)，塔筒本身會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，阻止雷擊電流及時(shí)的導(dǎo)入大地。因此將塔筒本身作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的避雷引下線是不夠科學(xué)的。

　　2.1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部防雷（過(guò)電壓）保護(hù)系統(tǒng)

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部防雷保護(hù)系統(tǒng)既要能夠防止直擊雷對(duì)機(jī)組的損害，又要能夠防止感應(yīng)雷對(duì)機(jī)組的損害。內(nèi)部防雷保護(hù)系統(tǒng)主要由電涌保護(hù)器、屏蔽裝置、等電位連接網(wǎng)等裝置組成。

　　1）電涌保護(hù)器

　　電涌保護(hù)器是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組暫態(tài)過(guò)電壓保護(hù)裝置。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)造成破壞的暫態(tài)過(guò)電壓，可能是直擊雷也可能是感應(yīng)雷引起的。當(dāng)雷電發(fā)生在電力線路、通訊線或風(fēng)電機(jī)組附近時(shí)， 將在這些線路或設(shè)備上產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓，其電壓幅值可達(dá)幾十千伏。沿著電力線路或通訊線路注入的暫態(tài)過(guò)電壓會(huì)對(duì)線路造成極大的破壞，要想減少或避免這種破壞，需要在線路上加裝電涌保護(hù)器。

　　2）屏蔽裝置

　　屏蔽裝置對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組抗擊雷電侵?jǐn)_，保護(hù)電控系統(tǒng)也是不錯(cuò)的選擇。機(jī)艙做成一個(gè)密閉的殼體，相關(guān)的電氣和電子器件都安裝在密封的電控柜內(nèi)，密封的電控柜具有良好的屏蔽效果。另外風(fēng)機(jī)底部平臺(tái)和機(jī)艙內(nèi)不同設(shè)備之間的線纜采用帶有外部金屬屏蔽層的線纜， 當(dāng)線纜屏蔽層的兩端都連接到等電位連接帶上時(shí)，屏蔽層對(duì)雷電產(chǎn)生的電磁干擾也會(huì)起到很好的屏蔽作用。

　　3）等電位連接網(wǎng)

　　等電位連接網(wǎng)可以抑制雷電引起的電位差，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部防雷系統(tǒng)的主要組成部分。在等電位連接網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，所有導(dǎo)電的部件都被互相連接，用以減小雷擊時(shí)引起的電位差。在設(shè)計(jì)等電位連接網(wǎng)時(shí)，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)考慮其最小橫截面積。一個(gè)完整的等電位連接網(wǎng)可以包括金屬管線和電源線路、通訊線路的等電位連接，這些線路應(yīng)通過(guò)雷擊電流保護(hù)器和主接地網(wǎng)接線母排相連。

　　3 結(jié)論

　　風(fēng)電場(chǎng)防雷系統(tǒng)是一個(gè)涉及升壓站、場(chǎng)內(nèi)集電線路、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)場(chǎng)坪、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身等多方面的復(fù)雜系統(tǒng)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)造成防雷失效的現(xiàn)象。另外風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身質(zhì)量，特別是葉片質(zhì)量是否過(guò)關(guān)，也是影響是否能夠成功防雷的決定因素。