风电机组过电压保护与防雷接地保护设计研究

张尚军 覃毅

五凌电力新能源分公司 湖南长沙 410004

摘要：在现阶段，我国乃至各个领域的风电系统软件过压保护和防雷连接设计尚无标准。为了更好地确保风电企业完成身心健康的快速发展趋势，有必要分析其基本理论和实际情况。该方法主要是由于需要充分考虑各种条件下的机械和设备保护。根据风电工程项目的具体情况，分析计划完成的可能性以及是否可以满足具体要求。对于风力发电的新材料产业，将涉及与动力工程相关的许多问题。在风力发电机组的关键内容中，必须提到的是两者之间的独特之处。

关键词：风电机组；过电压保护；防雷接地；保护设计

引言

当今社会倡导的环保型新能源中，风力发电是首屈一指的。具有可再生，零污染的特点。因此，风速资源的综合利用是当今社会发展的最明智选择。它不仅可以节省能源和减轻资源消耗，而且可以增强每个人对新资源的搜索。随着高科技技术的发展，风力发电不断发展，如今，在现行优惠政策下进行了大规模的开发和设计。它的进步，社会发展与我国现行的激励政策密不可分。在这个新兴的领域中，涉及许多问题，例如风力发电机组的三个级别，风电场中的升压站及其场内电力线。在现阶段，我国目前的大多数风力发电机组都是进口发电机或具有出色海外生产技术的发电机，但是由于世界上所有国家/地区的规格不同，到目前为止，在我国，没有关于风力发电机组的防雷和过压保护的实际规定。这是目前我国亟待解决的问题。尽快制定风力发电机的防雷和过压保护规则，将规范中国领域的发展前景。

1.过电压保护及防雷接地的内容

　　风力发电机过电压保护和防雷接地线设计计划的关键，充分考虑了防雷、感应雷保护，基本接地保护设计计划，发电机组配套设施变压器设备保护四个层次。

　　首先，防雷保护水平的风力发电塔一般很高，很容易被雷电破坏。因此，有必要针对这种情况立即采取预防措施。风力发电机组具有许多微妙的内部结构，这规定在设计防雷和保护时必须确保分离和全面考虑。当需要在风电机的顶部，两侧和尾端安装不同的防雷接地装置时，值得一提的是内部设备更加复杂。有了这样详尽的保护措施，在发生雷电袭击时，可以确保到处的雷击都能沿着塔柱平稳地引入接地系统，并在不久的将来流入地面。

　　其次，是感应雷保护。感应雷的保护是指易受系统软件中的感应雷损坏的设备，以及对设备进行过压保护的设备。当处于电力工程围困中时，保护设备必须快速运行以释放由电力工程围困产生的动能，达到保护机械设备不被破坏的目的。无论是电源防雷还是数据信号防雷，它都是必不可少的部分。

　　再次，接地系统。由于长期暴露于外界或以上，风力发电机容易遭受雷击。因此，良好的接地设备对策是风能发电的最佳选择。风力发电机组充分利用了防雷设施的优势，并将其注入地面。另外，由于为了更好地产生更多的功率而布置了风力发电机组，因此风力发电机组的部件大部分位于难以接近的山脉、岛屿和海滩上。因此，根据其不同的位置和差异，对于雷电保护的保护有不同的规定。即使同在高山上，他们的地理位置和其他层次的地质环境仍然会存在差异。如果不同土壤的电阻率不同，则电阻越高，合理范围越大。这规定对于每台风力发电机组，应单独设计防雷措施。

最后是发电机组配套设施变压器设备的保护。正常情况下，风力发电机的工作电压为690V，必须根据电源变压器将工作电压提高到一定的规格后，再送至升压站。电源变压器通常布置在周围，因此不需要考虑雷电晃动的问题。但是，一旦将支持设施转换为高压，就必须在变压器的高压侧安装专业的高压避雷器，以避免雷电侵入波造成的负面影响。此外，为此可以在底部电压侧安装电涌保护器。保护风力发电机组的内部不会受到雷击的影响。

2.风电机组过电压保护及防雷接地保护设计

2.1 直击雷保护设计

风力发电机组的结构相对复杂，通常由支撑塔架、叶片、液压传动系统、传动装置、偏航设备、发电机组等组成。受雷电影响最大的位置是发动机舱。因此，在安装风力发电机组的发动机舱时，应选择合适的安装位置，以确保雷电不会损坏风力发电机组的发动机舱，以防止发动机舱内的机械进入。另外，应在叶片的顶部安装雷电信号接收器，以起到保护叶片的作用。另外，在充分考虑大中型风力发电机组的净重的基础上，一般选择高分子材料作为发电机机舱壳体的原材料，以减轻发电机组的净重，这有利于防雷带和防雷带。发电机组的屏蔽。

对于作为发动机舱内主体活动一部分的动力传输线连接，包括发动机舱和叶轮，塔架和水平轴，水平轴和齿轮箱等，应与详细情况下要进行科学研究的设计和安装，并充分考虑所连接的动力传输线路必须处于长期工作状态，在外力（如振动）的作用下很容易发生疲劳或断裂。最好设置两条连接的传输线，并选择最长的距离来连接接地系统，以正确地将雷电电流引导到地面。

2.2 感应雷保护设计

对于感应雷保护设计方案，关键是对容易被风力发电机内的雷击破坏的机械设备进行过电压维修，并在机械设备上安装感应雷防雷设备。当风力发电机的内部机械设备被工作电压损坏时，工作电压保护装置可以在第一时间释放动能，以防止机械设备被雷击损坏。在现阶段，对于风电机组的过压保护，关键包括数据信号防雷和电源防雷两种。其中，电源防雷是指开关电源系统的软件防雷和过压保护。设定的保护级别为三个级别，必须根据电源防雷装置进行协调保护，以达到更强的实际保护效果。必须注意，安装电涌放电器时，必须遵循附近的保护原则以及电线连接器的保护和接地标准，以确保合理安装电涌放电器。另外，必须在风力发电机组开关电源通道中安装电涌保护机械设备。保护级别为1级，电流值应尽可能控制在4 k V以下。另外，必须在发电机的电子整流器上安装电涌保护设备。保护级别为二级，根据塔式配电箱的具体要求选择实际安装位置，以最大限度地提高收益，提高电涌保护设备的保护效率。

2.3 防雷接地系统设计

关于上述针对风力发电厂和风力发电机组的设置规定，每台风力发电机组必须配备独立的防雷装置，因为大多数风力发电机组在整个运行过程中都具有较高的土壤电阻率。但是，当我们充分考虑每个风力发电机组的接地电阻冲击测试时，无法通过精确的测量来获得。因此，必须预先计算单个风力发电机组接地网的DC接地线电阻，然后再基于其对脉冲接地的影响进行计算。线电阻之间的相关性获得抗冲击值，然后选择合适的风力发电机组安装位置。另外，关于风力发电机组的位置的差异，关于雷电保护的保护也将有不同的规定。在设计风机防雷接地线系统软件时，应考虑发电机组的防雷规定，必须充分考虑工程设计。施工难度因素和资金问题。在雷电流幅值较大的情况下，会对风力发电机组造成很大的破坏，并且线路中的过电压很高。因此，除了必要的接地保护设计方案外，还必须采用合适的接地保护方案防雷对策。

3.结束语

风电产业链的发展前景广阔。然而，如何确保风电系统硬件的安全运行并消除安全隐患也是风电产业链发展趋势中的重中之重。被雷击是危及所有风力发电系统硬件正常运行的关键安全因素之一。讨论风机的防雷措施是必不可少的，对确保风电场的安全运行具有重要的现实意义。

参考文献

[1]李阳.风力发电厂防雷技术研究[J].自动化应用，2020(4):101-102.

[2]钟燕飞.某大型发电机组定子接地保护动作的分析[J].电工技术，2019(13):70-71.

[3]栗志斌.关于一级公路机电系统过电压保护与防雷接地的设计分析[J].机电信息，2019(6):13-14.