適用于多雷暴天氣風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組電涌保護(hù)器改進(jìn)設(shè)計(jì)

　　1 概述
　　中國(guó)幅員遼闊，有些山區(qū)的年平均雷暴日多達(dá)60 天，國(guó)外風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)往往無(wú)法適應(yīng)這樣的氣候條件。另外，與安裝在平地時(shí)主要承受直擊雷不同，在山區(qū)發(fā)生雷電反擊和繞擊的概率將大大增加，因此處于這些特殊氣候條件下的風(fēng)電機(jī)組更易遭受雷害。
　　雷電是自然界中的一種放電現(xiàn)象，特點(diǎn)是時(shí)間短、電流強(qiáng)、頻率高、沖擊電壓大。雷電釋放的巨大能量會(huì)給風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)極大危害，造成風(fēng)電機(jī)組葉片損壞、發(fā)電機(jī)絕緣被擊穿、控制元器件燒毀等事故，因此要盡可能避免。但實(shí)際上，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組這種處于空曠區(qū)域內(nèi)的高聳物來(lái)說(shuō)要完全避免雷擊是不可能的，關(guān)鍵是要做到風(fēng)電機(jī)組遭雷擊時(shí)盡快將雷電引入大地，盡可能減少經(jīng)過(guò)電氣設(shè)備的雷電，盡量降低設(shè)備受損害的程度。
　　2 風(fēng)電機(jī)組的一般防雷設(shè)計(jì)
　　風(fēng)電機(jī)組雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)IEC TR 61400-24 WindTurbine Generator Systems –Part 24: Lightning Protection， 而該標(biāo)準(zhǔn)更偏向于風(fēng)電機(jī)組遭遇雷電襲擊的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，并大量參照IEC 62305、IEC 61643 和IEC 61663 等標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上就是參照建筑物的低壓配電系統(tǒng)的防雷保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)有GB 50057-1994、GB/T 18802.12-2006（等同于IEC 61643-12）、GB/T 18802.22-2008（等同于IEC 61643-22，2009 年11 月正式實(shí)施）、GB 50343-2004 等。
　　總的來(lái)說(shuō)，風(fēng)電機(jī)組的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用等電位連接、屏蔽和隔離保護(hù)以及安裝電涌保護(hù)器（SPD）等措施來(lái)減少雷電的損害，其中安裝SPD 對(duì)防止雷電波入侵尤為有效。SPD 選用的原則就是在不同的防雷分區(qū)內(nèi)，按照不同雷擊電磁脈沖的嚴(yán)重程度和等電位連接點(diǎn)的位置，決定位于該區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備采用何種電涌保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)與共用接地體等電位連接。SPD必須能承受預(yù)期通過(guò)它們的雷電流能量，并符合兩個(gè)附加要求：一是通過(guò)電涌時(shí)的最大鉗位電壓，二是有能力熄滅在雷電流通過(guò)后產(chǎn)生的工頻續(xù)流。為了實(shí)現(xiàn)較低的殘壓水平，需要采用多級(jí)保護(hù)器來(lái)進(jìn)行可靠保護(hù)。多級(jí)保護(hù)器的設(shè)計(jì)就是綜合利用各保護(hù)元件的特點(diǎn)，將它們有機(jī)地組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)器整體性能的優(yōu)化。
　　本文對(duì)常規(guī)性的風(fēng)電機(jī)組防雷保護(hù)系統(tǒng)不再詳細(xì)展開敘述。
　　3 風(fēng)電機(jī)組電氣防雷系統(tǒng)中SPD的改進(jìn)
　　3.1 原有電氣防雷系統(tǒng)的配置和不足
針對(duì)山區(qū)雷暴多的氣候特點(diǎn)，我們仔細(xì)分析了風(fēng)電機(jī)組的一般雷電防護(hù)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)幾點(diǎn)不足：
　?。?）原有的電氣防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)為安裝二級(jí)SPD（圖1）。在主進(jìn)線處安裝DP 440 型SPD 作為第一級(jí)保護(hù)（表1），在電氣控制系統(tǒng)變壓器（690V/230V）的兩側(cè)安裝DG 275 型SPD 作為第二級(jí)保護(hù)（表2）。

圖1 風(fēng)電機(jī)組的原防雷保護(hù)系統(tǒng)