風(fēng)機(jī)防雷系統(tǒng)雷電的破壞機(jī)理與形式

雷電現(xiàn)象是帶異性電荷的雷云間或是帶電荷雷云與大地間的放電現(xiàn)象。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭受雷擊的過(guò)程實(shí)際上就是帶電雷—云與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組間的放電。在所有雷擊放電形式中，雷云對(duì)大地的正極性放電或大地對(duì)雷云的負(fù)極性放電具有較大的電流和較高的能量。雷擊保護(hù)最關(guān)注的是每次雷擊放電的電流波形和雷電參數(shù)。雷電參數(shù)包括峰值電流、轉(zhuǎn)移電荷及電流陡度口等。風(fēng)力發(fā)輸組遭受雷擊損壞的機(jī)理與這些參數(shù)密切相關(guān) 。

1峰值電流

當(dāng)雷電流流過(guò)被擊物時(shí)，會(huì)導(dǎo)致被擊物的溫度升高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的損壞在很多情況下與此熱效應(yīng)有關(guān)。熱效應(yīng)從根本上來(lái)說(shuō)與雷擊放電所包含的能量有關(guān)，其中峰值電流起到很大的作用。當(dāng)雷電流流過(guò)被擊物時(shí)（ 如葉片中的導(dǎo)體） 還可能產(chǎn)生很大的電磁力，電磁力的作用也有可能使其彎曲甚至斷裂。另外，雷電流通道中可能出現(xiàn)電弧。電弧產(chǎn)生的膨脹過(guò)壓與雷電流波形的積分有關(guān)， 這也是導(dǎo)致許多風(fēng)機(jī)葉片損壞的主要原因。

2轉(zhuǎn)移電荷

物體遭受雷擊時(shí)，大多數(shù)的電荷轉(zhuǎn)移都發(fā)生在持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)而幅值相對(duì)較低的雷電流過(guò)程中。這些持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的電流將在被擊物體表面產(chǎn)生局部金屬熔化和灼蝕斑點(diǎn)。在雷電流路徑上一旦形成電弧就會(huì)在發(fā)生電弧的地方出現(xiàn)灼蝕斑點(diǎn)，如果雷電流足夠大還可能導(dǎo)致金屬熔化。這是威脅風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承安全的一個(gè)潛在因素，因?yàn)樵谳S承的接觸面上非常容易產(chǎn)生電弧，它就有可能將軸承熔焊在一起。即使不出現(xiàn)軸承熔焊現(xiàn)象，軸承中的灼蝕斑點(diǎn)也會(huì)加速其磨損，縮短其使用壽命。

3電流陡度

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組遭受雷擊的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)造成控制系統(tǒng)或電子器件損壞，其主要原因是存在感應(yīng)電壓。感應(yīng)過(guò)電壓與雷電流的陡度密切相關(guān)，雷電流陡度越大，感應(yīng)電壓就越高。

風(fēng)能是一種綠色、安全的清潔能源，也是當(dāng)前技術(shù)最成熟、最具備規(guī)模開(kāi)發(fā)條件的可再生能源。近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來(lái)越大，為了吸收更多能量，輪轂高度和葉輪。直徑不斷增高；同時(shí)，高原、沿海、海上等新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的開(kāi)發(fā)， 使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)始大量應(yīng)用于高原、沿海、海上等地形更為復(fù)雜，環(huán)境更為惡劣的地區(qū)，更加加大了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組被雷擊的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)故障中，由遭遇雷擊導(dǎo)致的故障占到4%。電具有極大的破壞力，雷擊釋放的巨大能量會(huì)造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片損壞、發(fā)電機(jī)絕緣擊穿、控制元器件燒毀等故障，給風(fēng)場(chǎng)帶來(lái)直接和間接的巨大經(jīng)濟(jì)損失，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的防雷保護(hù)已日益引起各個(gè)風(fēng)機(jī)制造廠家和風(fēng)機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)人員的重視。風(fēng)機(jī)的防雷是一個(gè)綜合性的工程，防雷設(shè)計(jì)的到位與否， 直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)在雷雨天氣時(shí)能否正常工作，并且確保風(fēng)機(jī)內(nèi)的各種設(shè)備不受損害 。

雷電防護(hù)區(qū)域的提出是為了更好的保護(hù)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)里的電氣部件。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)利用半徑30m的滾球法可以分為幾個(gè)不同的區(qū)域。雷電防護(hù)系統(tǒng)利用標(biāo)準(zhǔn)制定劃分區(qū)域，目的是為了減少電磁干擾與可預(yù)見(jiàn)的耦合干擾。國(guó)際電工委員會(huì)對(duì)防雷過(guò)電壓保護(hù)的防護(hù)區(qū)域劃分為：LPZ0區(qū)（LPZ0A、LPZ0B），LPZ1區(qū)， LPZ2區(qū)。

LPZ0A區(qū)有直擊雷（繞雷）侵襲的危險(xiǎn)，完全處在電磁場(chǎng)環(huán)境中，具有雷擊電涌破壞的可能。這個(gè)區(qū)域包括：葉片、機(jī)艙罩避雷針系統(tǒng)、塔架、架空電力線、風(fēng)場(chǎng)通訊電纜；LPZ0B區(qū)沒(méi)有直擊的危險(xiǎn)，但電磁場(chǎng)環(huán)境與雷電電涌沒(méi)有任何減低。這類區(qū)域包括葉片加熱部分、環(huán)境測(cè)量傳感器、航標(biāo)燈未屏蔽的機(jī)艙內(nèi)部、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、冷卻系統(tǒng)、電氣控制柜、傳感器、電纜 。

防雷保護(hù)是保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素。從雷電的破壞機(jī)理和形式入手， 對(duì)雷電的防護(hù)區(qū)域進(jìn)行了劃分， 對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各部分采取了全方位的防雷保護(hù)措施。但是防雷工作任重道遠(yuǎn)，我們應(yīng)該不斷地提高防雷的可靠性和全面性，不斷完善防雷保護(hù)措施，來(lái)盡量減少雷電的危害 。2100433B

風(fēng)電機(jī)組防雷系統(tǒng)是為了防止風(fēng)電機(jī)組受雷電損傷而設(shè)計(jì)的雷電接閃器和接地系統(tǒng)，通過(guò)它直接將雷電流泄放入大地。防雷設(shè)計(jì)分為3級(jí)。

隨著放電間隙類產(chǎn)品在天然氣管道>管道上的應(yīng)用，相信天然氣管道>管道發(fā)生故障的幾率會(huì)越來(lái)越小，人民的生命財(cái)產(chǎn)安全也會(huì)得到更全面的保護(hù)。2100433B

現(xiàn)有的過(guò)電壓保護(hù)產(chǎn)品有金屬氧化物避雷器、鋅接地電池以及放電間隙類產(chǎn)品，而通過(guò)性能比較，使用放電間隙類產(chǎn)品是最優(yōu)的保護(hù)方案 。