青藏高原地區風電機組的雷電工程防護設計

　　3 高原地區風電機組的電涌防護問題
　　3.1 風電機組的防雷分區與電涌保護器（SPD）選型對于風電機組的防護可以按照其防雷分區（圖2）進行差異化設計, 考慮到高原地區雷暴活動的特點，在SPD 的選擇上應重點考慮對后續設備的影響。
　　例如，在多雷區選用的放電管型SPD 就可以考慮換為限制電壓型SPD，對處于LPZOB 與LPZ1 區的變流器輸出端、箱變低壓端的B 級SPD 可選用In15kA 的限壓型SPD，LPZ1 區C 級環境下的發電機開關柜、主控柜、變槳柜等位置可選用In10kA的限制電壓型SPD，而對處于LPZ2 區的控制信號線路而言，In5kA 的線路保護完全可以滿足實際要求。

圖2 風電機組的雷電分區

　　3.2 SPD的低氣壓環境適型
　　對于在高原低壓條件下使用的SPD 而言，其結構和原件與平原地區一樣需要進行針對性的考慮，如開放間隙式SPD 不適合安裝在風電機組中，因為該種結構的SPD 在通流時會發生電火花外泄，易造成機艙內設備的燃燒而發生高空火災。此外，低海拔地區使用的SPD 在高海拔條件下使用可能發生爆裂或失效，在高海拔地區使用的SPD 應通過《電工電子產品基本環境試驗規程試驗M：低氣壓試驗方法》標準中規定的低氣壓實驗，避免在實際的安裝運行過程中造成保護失效或帶來其他隱患。
　　3.3 電涌保護模式
　　目前，風電機組的SPD 安裝主要存在的問題是，防雷公司推薦的SPD 熔斷器工頻電流值高于風電機組配電柜工頻電流值，這種不當的配置違背了繼電保護原理，不符合分級保護、逐級跳閘的保護順序。
　　SPD 的保護模式決定了SPD 在動作后是否與電網脫離，是一次性保護還是冗余保護。保護的形式從另一層面決定了系統的穩定性。圖3 展示了優先保護與優先供電原理，從圖中可以看出，優先保護與優先供電的區別僅是一條保險絲，但是針對風電機組系統電壓尖峰較多的實際情況，采用優先保護的方式是不妥的。因為SPD 是電壓敏感型器件，其啟動周期一般在20-25ns 左右，當系統波動電壓達到SPD 啟動電壓的時候SPD就會反復啟動，嚴重時會直接對地短路，造成系統開關K1 的短路，使系統停止供電。優先供電保護模式，是防止SPD 在實際運行中因反復啟動或者誤動作造成系統對地短路時迅速脫離電網，避免造成系統開關K1 的跳閘，從而起到優先供電的作用。
　　在優先供電保護模式中，SPD 輸入端的斷路器選擇有一定條件。由于開關型器件啟動后會形成工頻續流，開關型SPD 不具備自動滅弧的功能，所以必須使用熔斷器將SPD 與系統隔離，避免造成斷電事故；限制電壓型SPD 不存在工頻續流問題，但其存在漏電流，一般小于0.3mA 無法使廠家推薦安裝的熔斷器斷路；同時，當雷電流通過微型空氣斷路器時不會造成其斷路，而雷電通過熔斷器時會因熔斷器所能夠承受的雷電流等級不同而斷路，所以當系統采用限制電壓型SPD 時應采用微型斷路器。