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兆瓦级双馈式变速恒频变浆风力发电机组雷电防护探讨

2011-07-22 来源:《中国防雷》 浏览数:4152


  将齿轮箱外壳、发电机外壳、机舱柜外壳用接地线与机架连接。
  (2)轮毂变浆控制柜等电位连接:
  将轴控箱、UPS电池箱金属外壳与金属轮毂连接。
  3)塔筒底部等电位连接:
  将并网变流器金属外壳、塔基柜外壳与塔底基础环作等电位连接。
  4)将风力发电机组所有线缆的屏蔽层作两点接地处理。
  2.4 接地装置
  利用塔筒基础内部的钢筋作为风机的防雷接地装置,当接地装置接地电阻不符合要求时,另外敷设人工地网并与塔筒基础钢筋相连接。其中塔内接地环是由布置在塔筒内部的热镀锌扁钢连接而成的,扁钢的尺寸为4×40mm,露出地面高度为 100mm。接地环与塔基防雷基础的的预留接地扁钢 3点连接,连接点应均匀分布。
  塔内接地环连接了以下电缆:
  一条机架接地电缆,截面积为 240mm2
   一条变频器接地电缆,截面积为 240mm2,长度为 2m。
  一条变压器接地电缆,截面积为 35mm2,长度为 3.5m。
  一条塔基柜接地电缆,截面积 35mm2,长度为 3.5m。
  二条塔筒第一平台接地电缆,截面积 95mm2,长度为 1.5m。
  三条基础环接地电缆:95mm2 接地电缆,长度为 1m。

  3 风力发电机组防雷问题探讨
  3.1 机架作为等电位(机舱柜、发电机与机架绝缘)
  目前,发电机制造商配套的弹性支撑垫与机架为绝缘状态,齿轮箱与发电机的弹性联轴器也为绝缘连接。雷电流沿叶尖接闪后经过叶片防雷引下线经过主轴防雷碳刷后将雷电流引至机架上。机架雷电流沿偏航处的防雷碳刷将雷电流引至塔筒然后进入接地装置,另一路则由机架主接地线直接接入风机接地装置。
  质疑:参照IEC风机防雷标准,风机供应商都会把机架作为一个等电位平台,如直击雷雷电流的接地、气象桅杆的直击雷接地、机舱罩金属屏蔽网的屏蔽接地、滑环系统的防雷接地、屏蔽线路的屏蔽层接地、机舱柜的感应雷接地、发电机的转子防雷器接地、发电机的外壳接地、齿轮箱的外壳接地等都是接在机架这个平台上。这样当风力发电机组的叶尖、或气象桅杆等接闪时,就有雷电流沿叶片引下线将雷电流引入机架,由于感应雷的接地也接在机架上,这就造成了直击雷电流对电气系统的入侵,造成设备损坏。同理发电机转子的防雷器也是与机架连接在一起,也会对发电机转子造成反击。在轮毂内部的变浆控制系统,外壳
  也是与轮毂直接连接,当有雷电时,雷电流会对变浆控制系统的设备造成损坏。
  解决方案:为了避免直击雷电流对弱电系统的冲击,在机架平台上敷设50×3的汇流铜排,铜排与机架之间用绝缘子作支持,所有的防雷器接地线、金属外壳接地与汇流铜排作接地及等电位连接,然后用240mm2电缆线接至塔筒底部,在塔筒底部另设一汇流铜排供塔基柜、并网变流柜的防雷器接地及金属外壳接地,然后将此汇流铜排用240mm2接地线接至塔筒外部的防雷器接地网上;在防雷器接地网与塔筒基础接地网之间用1个100kA通流容量的等电位器连接。
  3.2风力发电机组的防雷效果的检验(人工引雷)
  目前国内的风机都没有经过雷电实验的测试和检验风机的整体防雷效果如何。当风机遭受雷击后造成的设备损失和停机损失是非常庞大的。建议对风机的防雷检验采用人工引雷的方式对风机的实际抗雷击能力进行检验 ,对风机的防雷效果和设计方案进行整改和完善。从而降低由于雷击对风机的电气损失和停机损失。
  3.3发电机定子及转子防雷器目前的问题
  峰值电压高易引起防雷器频繁动作,严重情况下,会引起防雷箱起火;放电间隙动作电压选值过低会引起,工频续流,降低定子及转子发电量。针对风力发电机的特殊性,对安装于定子及转子处的防雷器件提出了更为严格的要求。既满足防雷的需求,又能很好的保障防雷器自身的安全性与稳定性。
  4 结束语
  由于风力发电机组结构复杂电气控制系统运行环境恶劣,且运转部件多(如偏航系统、变浆系统)造成实施防雷难度大。

【延伸阅读】

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阅读上文 >> 风电行业湿度控制的误区澄清
阅读下文 >> 风电叶片设计流程

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