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 ◆背景描述
隨著人們對再生能源利用價值認(rèn)識的提高和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，風(fēng)能發(fā)電為人與自然和諧發(fā)展提供了基礎(chǔ)。風(fēng)電機組制造、控制和其他相關(guān)技術(shù)的不斷進步，風(fēng)電機組的單機容量和風(fēng)電場的總裝機容量也不斷增長，雷擊成了自然界中對風(fēng)力發(fā)電機組安全運行危害最大的一種災(zāi)害，雷電釋放的巨大能量會造成風(fēng)力發(fā)電機組葉片損壞、發(fā)電機絕緣擊穿、控制元器件燒毀等，應(yīng)充分認(rèn)識到雷擊給風(fēng)電機組和運行人員帶來的巨大威脅，因此，風(fēng)電場的安全運行問題也越來越受到人們的關(guān)注和重視。
◆挑戰(zhàn)與需求
1、《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)遭受雷害的途徑和雷電過電壓損壞形式
1）遭受雷害的途徑： 
2）直擊雷侵害途徑：直擊雷產(chǎn)生的電涌對《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)的危害主要以其熱效應(yīng)、機械效應(yīng)、反擊電壓和電磁感應(yīng)使設(shè)備系統(tǒng)遭受破壞。
3）《風(fēng)電機組》雷電過電壓損壞形式：
A：雷電直接擊中《風(fēng)電機組》設(shè)備造成的直擊雷損壞。
B：直擊雷在雷擊空間形成的瞬態(tài)空間電磁場耦合到設(shè)備及線路上的過電壓損壞。
C：雷電流流入接地體時在接地電阻上產(chǎn)生的瞬態(tài)地電位抬高是機組設(shè)備造成的地電位反擊損壞。
D：雷電過電壓沿著與設(shè)備相連接的電源線、信號線侵入設(shè)備造成的雷電電源侵入波損壞。
4）《風(fēng)電機組》雷電過電壓損壞的設(shè)備主要為：
A：直擊雷的熱效應(yīng)、機械效應(yīng)和電磁力損壞的設(shè)備對象是風(fēng)電機葉片和風(fēng)電機組的軸承。
B：雷電過電壓損壞的設(shè)備對象是變頻器、過程控制計算機、轉(zhuǎn)速表傳感器、測風(fēng)裝置。
2、《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)防雷設(shè)計思想與防護模式
1）設(shè)計思想：雷電防護措施設(shè)計分為雷電流和雷擊電磁脈沖對設(shè)備的雷擊損害進行分項保護，對雷電流進行防護稱為（LPS）雷電防護系統(tǒng)，對雷擊電磁脈沖的防護稱為LEMP雷電防護系統(tǒng)。
2）防護模式：采用LPS系統(tǒng)（是對極高能量的雷電流脈沖產(chǎn)生的損害，防止或減少實體的損害和人身傷害，LPS由外部LPS和內(nèi)部LPS組成）和LEMP防護系統(tǒng)（是對剩余的雷電流脈沖和因LEMP感應(yīng)產(chǎn)生的雷電流形成的浪涌和電磁場的輻射進行防護）兩種防護模式。
3）地電位反擊：均壓和等電位連接是防地電位反擊的有效方法，等電位連接是將設(shè)備和裝置外露可導(dǎo)電部分的電位基本相等的電氣連接，用連接導(dǎo)線或過電壓保護器將處在需要防雷的空間內(nèi)的防雷裝置、建筑物的金屬構(gòu)物、金屬裝置、外來的導(dǎo)體物、電氣和電訊裝置等連接起來，目的在于減小需要防雷的空間內(nèi)各金屬物與系統(tǒng)之間的電位差。
◆方案與解決
1、《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：
1）風(fēng)電機葉片（變槳柜）
2）機艙（發(fā)電機、機艙主控柜、風(fēng)速風(fēng)向儀）
3）塔下電控柜（逆變器、電控系統(tǒng)、信號系統(tǒng)）
4）變壓器
2、《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)雷電防護內(nèi)容：
1）直擊雷裝置
2）雷電電磁脈沖防護裝置
3）均壓（等電位）裝置
4）泄流裝置
3、《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)雷電及過電壓防護措施采用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)依據(jù)：
1）《GL指導(dǎo)文件
IV-1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)》：是風(fēng)機安裝、測試和認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)也包含了對風(fēng)機雷電防護的具體要求，是風(fēng)機防雷保護的基礎(chǔ)性文件。
2）IEC61400-24《風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷保護》：定義和描述了風(fēng)機防雷保護裝置及其應(yīng)用。
3）IEC62305《雷電防護》：具體規(guī)定了防雷保護裝置的性能指標(biāo)。
4）GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》：本規(guī)范適用于為使建筑物防雷設(shè)計因地制宜的采用防雷措施，防止或減少雷擊建筑物所發(fā)生的人身傷亡和文物、財產(chǎn)損失，做到安全可靠，技術(shù)先進，經(jīng)濟合理。
5）GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》：本規(guī)范主要對建筑物電子信息系統(tǒng)綜合防雷工程的設(shè)計、施工、驗收、維護與管理作出規(guī)定和要求。
4、《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)防雷區(qū)分類：
☆根據(jù)IEC61400-24《風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷保護》定義，風(fēng)電機組防雷區(qū)分為LPZ0A區(qū)、LPZ0Ｂ區(qū)、LPZ１區(qū)、LPZ２區(qū)，其中LPZ0A區(qū)易遭受直擊雷擊，LPZ0Ｂ區(qū)不會遭受直擊雷侵害，LPZ0Ｂ區(qū)的電磁場不會瞬間，LPZ１區(qū)和LPZ２區(qū)不會遭受直接雷擊，LPZ１區(qū)和LPZ２區(qū)的電磁場會依次衰減。
☆保護對象應(yīng)置于電磁特性與該對象耐受能力相兼容的雷電防護區(qū)內(nèi)。
☆依據(jù)GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》第3.2條雷電防護區(qū)LPZ定義：
1）LPZ0A區(qū)定義：受直接雷擊和全部雷電電磁場威脅的區(qū)域，該區(qū)域的內(nèi)部系統(tǒng)可能遭受到全部或部分雷電浪涌電流的影響。
2）LPZ0Ｂ區(qū)定義：直接雷擊的防護區(qū)域，但該區(qū)域的威脅乃是全部雷電電磁場，該區(qū)域的內(nèi)部系統(tǒng)可能受到部分雷電浪涌電流的影響。
3）LPZ１區(qū)定義：由于邊界處分流和浪涌保護器的作用使浪涌電流受到限制的區(qū)域，該區(qū)域的空間屏蔽可以衰減雷電電磁場。
4）LPZ２區(qū)定義：該區(qū)域為雷電防護后續(xù)防雷區(qū)域，由于邊界處分流和浪涌保護器的作用使浪涌電流受到進一步限制的區(qū)域，該區(qū)域的空間屏蔽可以進一步衰減雷電電磁場。
5）《風(fēng)電機組》防雷區(qū)（LPZ）分類示意圖： 
5、《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)雷電防護裝置結(jié)構(gòu)組成：
☆外部防護系統(tǒng)裝置：外部防護系統(tǒng)裝置由接閃器、引下線和接地系統(tǒng)組成。
1）雷電接閃：雷擊風(fēng)力發(fā)電機的落雷點主要是在風(fēng)機的槳葉上，接閃器應(yīng)布置在槳葉的預(yù)計雷擊點處以接閃雷擊產(chǎn)生的雷電流，避免雷電流通過機艙軸承時引起的焊接效應(yīng)應(yīng)將其兩端通過碳刷或者放電間隙橋接起來防止回?fù)糸W絡(luò)。
2）引下線裝置：機艙架設(shè)在金屬塔上，可以直接將塔架作為引下線來使用。機艙架設(shè)在砼塔身上采用內(nèi)置引下線（采用鍍鋅扁鋼30*3或圓鋼8-10mm）。
3）接地系統(tǒng)：風(fēng)力發(fā)電機的接地由塔基的基礎(chǔ)接地極提供，塔基礎(chǔ)基礎(chǔ)接地網(wǎng)應(yīng)與周圍的操作室的基礎(chǔ)接地極相連構(gòu)成一個網(wǎng)狀接地體形成一個等電位連接區(qū)，在雷擊發(fā)生時消除相互間的電位差防止反擊（接地阻抗參照設(shè)計值）。
4）接地裝置概念圖： 
☆內(nèi)部防護系統(tǒng)裝置：內(nèi)部防護系統(tǒng)是由所有的在該區(qū)域內(nèi)縮減雷電電磁效應(yīng)的設(shè)施組成，組成結(jié)構(gòu)為等電位連接、屏蔽措施和限壓保護。
1）等電位連接：防雷擊等電位連接是內(nèi)部防雷系統(tǒng)的重要組成部分，等電位連接可以有效抑制雷電引起的電位差。
2）屏蔽：屏蔽裝置可以減少電磁干擾，機艙應(yīng)制作成一個封閉的金屬殼體使機艙內(nèi)的電子器件形成良好的屏蔽效果，在塔基和機艙的不同設(shè)備之間的電纜應(yīng)帶有外部金屬屏蔽層，線纜屏蔽的兩端都連接到等電位連接體時，屏蔽對電磁干擾的抑制才是有效的。
3）限壓保護：除了使用屏蔽措施來抑制輻射干擾源以外，防雷保護區(qū)邊界處的傳導(dǎo)性干擾也需要有相應(yīng)的保護措施，這樣才能讓電器和電子設(shè)備可靠地工作。對風(fēng)電機組電源線路0A-1區(qū)邊界處的防雷保護是在400/690V電源側(cè)實施的。
6、《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)雷電及過電壓防護措施具體內(nèi)容：
1）發(fā)電機保護
2）機艙開關(guān)柜保護
3）輪轂變槳系統(tǒng)保護
4）塔基變頻柜保護
5）塔基控制柜保護
6）遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)保護
7）變壓器端保護
7、《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)雷電及過電壓防護措施設(shè)計方案：
1）機艙直擊雷防護措施：機艙外殼是采用鋼板制成（按照GB50057-2012的要求，鋼板厚度＞4mm）可作為承受直擊雷的載體，在機艙的上方適合的位置安裝接閃短針（風(fēng)機葉片相當(dāng)于接閃裝置或由機艙設(shè)備供應(yīng)方配套完成），防止雷電發(fā)生繞擊和側(cè)擊時穿透機艙，對機艙內(nèi)設(shè)備造成損壞。 
2）《發(fā)電機保護》防護措施：在發(fā)電機定子端和轉(zhuǎn)子端設(shè)置相對應(yīng)的電源防雷器作為發(fā)電機雷電過電壓保護裝置（由風(fēng)電機組成套器件配套實施）。
3）《機艙開關(guān)柜保護》防護措施：從塔基控制柜到機艙開關(guān)柜的線纜應(yīng)在線路進入開關(guān)柜的入口端安裝相應(yīng)的防雷器，從遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)進入開關(guān)柜的信息線應(yīng)在進入開關(guān)柜的入口端安裝信號防雷器，從測風(fēng)系統(tǒng)進入開關(guān)柜的信號線應(yīng)在進入開關(guān)柜的入口端安裝信號線防雷器。
4）《輪轂變槳系統(tǒng)保護》防護措施：變槳系統(tǒng)是控制風(fēng)機槳葉轉(zhuǎn)動的執(zhí)行機構(gòu)，其電源與信號線路和機艙開關(guān)柜相連接，應(yīng)在這些線路進入變槳系統(tǒng)的入口端安裝相應(yīng)的防雷器。
5）《塔基變頻柜保護》防護措施：位于塔基的變頻柜與機艙發(fā)電機相連，從發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子來的電源線路在進入變頻柜時應(yīng)安裝相應(yīng)的防雷器。
6）《塔基控制柜保護》防護措施：塔基控制柜的線路保護分為兩部分，其一是從機艙開關(guān)柜到塔基控制柜的線纜應(yīng)在線路進入控制柜的入口端安裝相應(yīng)的防雷器。其二是從變壓器室進入控制柜的電源線應(yīng)在進入控制柜的入口端安裝相應(yīng)的電源線防雷器。
7）《遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)保護》防護措施：遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)是負(fù)責(zé)將風(fēng)機的運行狀態(tài)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，應(yīng)在傳輸線纜的線路入口端和到開關(guān)柜的出口端以及到控制柜的出口端安裝相應(yīng)的防雷器。
8）《變壓器端保護》防護措施：在變壓器低壓端側(cè)安裝地以及電源浪涌保護器，在變壓器高壓側(cè)安裝相應(yīng)的高壓避雷器。
8、《風(fēng)電機組》設(shè)備系統(tǒng)浪涌防護拓?fù)鋱D： 
☆對于690V/380V的風(fēng)力發(fā)電機供電線路，為防止沿低壓電源侵入的浪涌過電壓損壞用電設(shè)備，供電回路應(yīng)采用TN-S供電方式。
◆方案實施 （產(chǎn)品選型）
1、直擊雷防護裝置
1）普通接閃器： LR02系列。
2）優(yōu)化接閃器： LR01系列。
3）提前放電接閃器： LRT系列。
2、雷電電磁脈沖防護裝置（SPD）
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序號
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材 料
名 稱
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規(guī) 格 型 號
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安 裝
位 置
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1
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電源防雷器
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A50/275/4P
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變壓器低壓端
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2
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風(fēng)力防雷器
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B120/690/3
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變壓器前端（690V）
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3
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風(fēng)力防雷器
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B120/690/3
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塔基電柜變頻器前端（690V）
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4
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風(fēng)力防雷器
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B80/690/3
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塔基電柜變頻器后端（690V）
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5
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信號防雷器
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CH24
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塔基電柜信號設(shè)備線纜端口
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6
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電源防雷器
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B80/420/4P
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塔基電柜信號設(shè)備電源前端口
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7
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電源防雷器
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F40/385/2P
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塔基電柜信號設(shè)備電源后端口
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8
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等電位連接器
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EP04
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塔基設(shè)備電源接地連接點
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9
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備注
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機艙設(shè)備雷電過電壓防護由機艙供應(yīng)方配套實施。配套實施的雷電防護裝置應(yīng)符合設(shè)計要求和IEC61400-24《風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷保護》參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
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3、泄流（接地）裝置
1）銅包鋼接地極：EP01系列。
2）離子接地極：EP02系列。
3）石墨接地模塊：EP03/P2系列。
4）等電位連接器：EP04系列。 南京寧翔防雷工程科技有限公司 2018-10-02
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客服部