3）《风电机组》雷电过电压损坏形式：

A：雷电直接击中《风电机组》设备造成的直击雷损坏。

B：直击雷在雷击空间形成的瞬态空间电磁场耦合到设备及线路上的过电压损坏。

C：雷电流流入接地体时在接地电阻上产生的瞬态地电位抬高是机组设备造成的地电位反击损坏。

D：雷电过电压沿着与设备相连接的电源线、信号线侵入设备造成的雷电电源侵入波损坏。

4）《风电机组》雷电过电压损坏的设备主要为：

A：直击雷的热效应、机械效应和电磁力损坏的设备对象是风电机叶片和风电机组的轴承。

B：雷电过电压损坏的设备对象是变频器、过程控制计算机、转速表传感器、测风装置。

2、《风电机组》设备系统防雷设计思想与防护模式

1）设计思想：雷电防护措施设计分为雷电流和雷击电磁脉冲对设备的雷击损害进行分项保护，对雷电流进行防护称为（LPS）雷电防护系统，对雷击电磁脉冲的防护称为LEMP雷电防护系统。

2）防护模式：采用LPS系统（是对极高能量的雷电流脉冲产生的损害，防止或减少实体的损害和人身伤害，LPS由外部LPS和内部LPS组成）和LEMP防护系统（是对剩余的雷电流脉冲和因LEMP感应产生的雷电流形成的浪涌和电磁场的辐射进行防护）两种防护模式。

3）地电位反击：均压和等电位连接是防地电位反击的有效方法，等电位连接是将设备和装置外露可导电部分的电位基本相等的电气连接，用连接导线或过电压保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置、建筑物的金属构物、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来，目的在于减小需要防雷的空间内各金属物与系统之间的电位差。

◆方案与解决

1、《风电机组》设备系统结构组成：

1）风电机叶片（变桨柜）

2）机舱（发电机、机舱主控柜、风速风向仪）

3）塔下电控柜（逆变器、电控系统、信号系统）

4）变压器

2、《风电机组》设备系统雷电防护内容：

1）直击雷装置

2）雷电电磁脉冲防护装置

3）均压（等电位）装置

4）泄流装置

3、《风电机组》设备系统雷电及过电压防护措施采用规范标准和技术依据：

1）《GL指导文件 IV-1风力发电系统》：是风机安装、测试和认证的标准，该标准也包含了对风机雷电防护的具体要求，是风机防雷保护的基础性文件。

2）IEC61400-24《风力发电系统防雷保护》：定义和描述了风机防雷保护装置及其应用。

3）IEC62305《雷电防护》：具体规定了防雷保护装置的性能指标。

4）GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》：本规范适用于为使建筑物防雷设计因地制宜的采用防雷措施，防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和文物、财产损失，做到安全可靠，技术先进，经济合理。

5）GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》：本规范主要对建筑物电子信息系统综合防雷工程的设计、施工、验收、维护与管理作出规定和要求。

4、《风电机组》设备系统防雷区分类：

☆根据IEC61400-24《风力发电系统防雷保护》定义，风电机组防雷区分为LPZ0A区、LPZ0Ｂ区、LPZ１区、LPZ２区，其中LPZ0A区易遭受直击雷击，LPZ0Ｂ区不会遭受直击雷侵害，LPZ0Ｂ区的电磁场不会瞬间，LPZ１区和LPZ２区不会遭受直接雷击，LPZ１区和LPZ２区的电磁场会依次衰减。

☆保护对象应置于电磁特性与该对象耐受能力相兼容的雷电防护区内。

☆依据GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第3.2条雷电防护区LPZ定义：

1）LPZ0A区定义：受直接雷击和全部雷电电磁场威胁的区域，该区域的内部系统可能遭受到全部或部分雷电浪涌电流的影响。

2）LPZ0Ｂ区定义：直接雷击的防护区域，但该区域的威胁乃是全部雷电电磁场，该区域的内部系统可能受到部分雷电浪涌电流的影响。

3）LPZ１区定义：由于边界处分流和浪涌保护器的作用使浪涌电流受到限制的区域，该区域的空间屏蔽可以衰减雷电电磁场。

4）LPZ２区定义：该区域为雷电防护后续防雷区域，由于边界处分流和浪涌保护器的作用使浪涌电流受到进一步限制的区域，该区域的空间屏蔽可以进一步衰减雷电电磁场。

5）《风电机组》防雷区（LPZ）分类示意图：

5、《风电机组》设备系统雷电防护装置结构组成：

1）雷电接闪：雷击风力发电机的落雷点主要是在风机的桨叶上，接闪器应布置在桨叶的预计雷击点处以接闪雷击产生的雷电流，避免雷电流通过机舱轴承时引起的焊接效应应将其两端通过碳刷或者放电间隙桥接起来防止回击闪络。

2）引下线装置：机舱架设在金属塔上，可以直接将塔架作为引下线来使用。机舱架设在砼塔身上采用内置引下线（采用镀锌扁钢30*3或圆钢8-10mm）。

3）接地系统：风力发电机的接地由塔基的基础接地极提供，塔基础基础接地网应与周围的操作室的基础接地极相连构成一个网状接地体形成一个等电位连接区，在雷击发生时消除相互间的电位差防止反击（接地阻抗参照设计值）。

4）接地装置概念图：

☆内部防护系统装置：内部防护系统是由所有的在该区域内缩减雷电电磁效应的设施组成，组成结构为等电位连接、屏蔽措施和限压保护。

1）等电位连接：防雷击等电位连接是内部防雷系统的重要组成部分，等电位连接可以有效抑制雷电引起的电位差。

3）《机舱开关柜保护》防护措施：从塔基控制柜到机舱开关柜的线缆应在线路进入开关柜的入口端安装相应的防雷器，从远端控制系统进入开关柜的信息线应在进入开关柜的入口端安装信号防雷器，从测风系统进入开关柜的信号线应在进入开关柜的入口端安装信号线防雷器。

4）《轮毂变桨系统保护》防护措施：变桨系统是控制风机桨叶转动的执行机构，其电源与信号线路和机舱开关柜相连接，应在这些线路进入变桨系统的入口端安装相应的防雷器。

5）《塔基变频柜保护》防护措施：位于塔基的变频柜与机舱发电机相连，从发电机定子和转子来的电源线路在进入变频柜时应安装相应的防雷器。

6）《塔基控制柜保护》防护措施：塔基控制柜的线路保护分为两部分，其一是从机舱开关柜到塔基控制柜的线缆应在线路进入控制柜的入口端安装相应的防雷器。其二是从变压器室进入控制柜的电源线应在进入控制柜的入口端安装相应的电源线防雷器。

7）《远端监控系统保护》防护措施：远端监控系统是负责将风机的运行状态传输到监控中心，应在传输线缆的线路入口端和到开关柜的出口端以及到控制柜的出口端安装相应的防雷器。

8）《变压器端保护》防护措施：在变压器低压端侧安装地以及电源浪涌保护器，在变压器高压侧安装相应的高压避雷器。

8、《风电机组》设备系统浪涌防护拓扑图：

☆对于690V/380V的风力发电机供电线路，为防止沿低压电源侵入的浪涌过电压损坏用电设备，供电回路应采用TN-S供电方式。

1、直击雷防护装置

1）普通接闪器： LR02系列。

2）优化接闪器： LR01系列。

3）提前放电接闪器： LRT系列。

2、雷电电磁脉冲防护装置（SPD）

3、泄流（接地）装置

1）铜包钢接地极：EP01系列。

2）离子接地极：EP02系列。

3）石墨接地模块：EP03/P2系列。

4）等电位连接器：EP04系列。

南京宁翔防雷工程科技有限公司

2018-10-02