青藏高原地区风电机组的雷电工程防护设计

　　3 高原地区风电机组的电涌防护问题
　　3.1 风电机组的防雷分区与电涌保护器（SPD）选型对于风电机组的防护可以按照其防雷分区（图2）进行差异化设计, 考虑到高原地区雷暴活动的特点，在SPD 的选择上应重点考虑对后续设备的影响。
　　例如，在多雷区选用的放电管型SPD 就可以考虑换为限制电压型SPD，对处于LPZOB 与LPZ1 区的变流器输出端、箱变低压端的B 级SPD 可选用In15kA 的限压型SPD，LPZ1 区C 级环境下的发电机开关柜、主控柜、变桨柜等位置可选用In10kA的限制电压型SPD，而对处于LPZ2 区的控制信号线路而言，In5kA 的线路保护完全可以满足实际要求。

图2 风电机组的雷电分区

　　3.2 SPD的低气压环境适型
　　对于在高原低压条件下使用的SPD 而言，其结构和原件与平原地区一样需要进行针对性的考虑，如开放间隙式SPD 不适合安装在风电机组中，因为该种结构的SPD 在通流时会发生电火花外泄，易造成机舱内设备的燃烧而发生高空火灾。此外，低海拔地区使用的SPD 在高海拔条件下使用可能发生爆裂或失效，在高海拔地区使用的SPD 应通过《电工电子产品基本环境试验规程试验M：低气压试验方法》标准中规定的低气压实验，避免在实际的安装运行过程中造成保护失效或带来其他隐患。
　　3.3 电涌保护模式
　　目前，风电机组的SPD 安装主要存在的问题是，防雷公司推荐的SPD 熔断器工频电流值高于风电机组配电柜工频电流值，这种不当的配置违背了继电保护原理，不符合分级保护、逐级跳闸的保护顺序。
　　SPD 的保护模式决定了SPD 在动作后是否与电网脱离，是一次性保护还是冗余保护。保护的形式从另一层面决定了系统的稳定性。图3 展示了优先保护与优先供电原理，从图中可以看出，优先保护与优先供电的区别仅是一条保险丝，但是针对风电机组系统电压尖峰较多的实际情况，采用优先保护的方式是不妥的。因为SPD 是电压敏感型器件，其启动周期一般在20-25ns 左右，当系统波动电压达到SPD 启动电压的时候SPD就会反复启动，严重时会直接对地短路，造成系统开关K1 的短路，使系统停止供电。优先供电保护模式，是防止SPD 在实际运行中因反复启动或者误动作造成系统对地短路时迅速脱离电网，避免造成系统开关K1 的跳闸，从而起到优先供电的作用。
　　在优先供电保护模式中，SPD 输入端的断路器选择有一定条件。由于开关型器件启动后会形成工频续流，开关型SPD 不具备自动灭弧的功能，所以必须使用熔断器将SPD 与系统隔离，避免造成断电事故；限制电压型SPD 不存在工频续流问题，但其存在漏电流，一般小于0.3mA 无法使厂家推荐安装的熔断器断路；同时，当雷电流通过微型空气断路器时不会造成其断路，而雷电通过熔断器时会因熔断器所能够承受的雷电流等级不同而断路，所以当系统采用限制电压型SPD 时应采用微型断路器。