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 ◆背景描述
隨著人們對(duì)再生能源利用價(jià)值認(rèn)識(shí)的提高和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，風(fēng)能發(fā)電為人與自然和諧發(fā)展提供了基礎(chǔ)。風(fēng)電機(jī)組制造、控制和其他相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量和風(fēng)電場(chǎng)的總裝機(jī)容量也不斷增長(zhǎng)，雷擊成了自然界中對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行危害最大的一種災(zāi)害，雷電釋放的巨大能量會(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，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到雷擊給風(fēng)電機(jī)組和運(yùn)行人員帶來(lái)的巨大威脅，因此，風(fēng)電場(chǎng)的安全運(yùn)行問(wèn)題也越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視。
◆挑戰(zhàn)與需求
1、《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)遭受雷害的途徑和雷電過(guò)電壓損壞形式
1）遭受雷害的途徑： 
2）直擊雷侵害途徑：直擊雷產(chǎn)生的電涌對(duì)《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)的危害主要以其熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、反擊電壓和電磁感應(yīng)使設(shè)備系統(tǒng)遭受破壞。
3）《風(fēng)電機(jī)組》雷電過(guò)電壓損壞形式：
A：雷電直接擊中《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備造成的直擊雷損壞。
B：直擊雷在雷擊空間形成的瞬態(tài)空間電磁場(chǎng)耦合到設(shè)備及線路上的過(guò)電壓損壞。
C：雷電流流入接地體時(shí)在接地電阻上產(chǎn)生的瞬態(tài)地電位抬高是機(jī)組設(shè)備造成的地電位反擊損壞。
D：雷電過(guò)電壓沿著與設(shè)備相連接的電源線、信號(hào)線侵入設(shè)備造成的雷電電源侵入波損壞。
4）《風(fēng)電機(jī)組》雷電過(guò)電壓損壞的設(shè)備主要為：
A：直擊雷的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和電磁力損壞的設(shè)備對(duì)象是風(fēng)電機(jī)葉片和風(fēng)電機(jī)組的軸承。
B：雷電過(guò)電壓損壞的設(shè)備對(duì)象是變頻器、過(guò)程控制計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)速表傳感器、測(cè)風(fēng)裝置。
2、《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)思想與防護(hù)模式
1）設(shè)計(jì)思想：雷電防護(hù)措施設(shè)計(jì)分為雷電流和雷擊電磁脈沖對(duì)設(shè)備的雷擊損害進(jìn)行分項(xiàng)保護(hù)，對(duì)雷電流進(jìn)行防護(hù)稱(chēng)為（LPS）雷電防護(hù)系統(tǒng)，對(duì)雷擊電磁脈沖的防護(hù)稱(chēng)為LEMP雷電防護(hù)系統(tǒng)。
2）防護(hù)模式：采用LPS系統(tǒng)（是對(duì)極高能量的雷電流脈沖產(chǎn)生的損害，防止或減少實(shí)體的損害和人身傷害，LPS由外部LPS和內(nèi)部LPS組成）和LEMP防護(hù)系統(tǒng)（是對(duì)剩余的雷電流脈沖和因LEMP感應(yīng)產(chǎn)生的雷電流形成的浪涌和電磁場(chǎng)的輻射進(jìn)行防護(hù)）兩種防護(hù)模式。
3）地電位反擊：均壓和等電位連接是防地電位反擊的有效方法，等電位連接是將設(shè)備和裝置外露可導(dǎo)電部分的電位基本相等的電氣連接，用連接導(dǎo)線或過(guò)電壓保護(hù)器將處在需要防雷的空間內(nèi)的防雷裝置、建筑物的金屬構(gòu)物、金屬裝置、外來(lái)的導(dǎo)體物、電氣和電訊裝置等連接起來(lái)，目的在于減小需要防雷的空間內(nèi)各金屬物與系統(tǒng)之間的電位差。
◆方案與解決
1、《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：
1）風(fēng)電機(jī)葉片（變槳柜）
2）機(jī)艙（發(fā)電機(jī)、機(jī)艙主控柜、風(fēng)速風(fēng)向儀）
3）塔下電控柜（逆變器、電控系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)）
4）變壓器
2、《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)雷電防護(hù)內(nèi)容：
1）直擊雷裝置
2）雷電電磁脈沖防護(hù)裝置
3）均壓（等電位）裝置
4）泄流裝置
3、《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)雷電及過(guò)電壓防護(hù)措施采用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)依據(jù)：
1）《GL指導(dǎo)文件
IV-1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)》：是風(fēng)機(jī)安裝、測(cè)試和認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)也包含了對(duì)風(fēng)機(jī)雷電防護(hù)的具體要求，是風(fēng)機(jī)防雷保護(hù)的基礎(chǔ)性文件。
2）IEC61400-24《風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷保護(hù)》：定義和描述了風(fēng)機(jī)防雷保護(hù)裝置及其應(yīng)用。
3）IEC62305《雷電防護(hù)》：具體規(guī)定了防雷保護(hù)裝置的性能指標(biāo)。
4）GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》：本規(guī)范適用于為使建筑物防雷設(shè)計(jì)因地制宜的采用防雷措施，防止或減少雷擊建筑物所發(fā)生的人身傷亡和文物、財(cái)產(chǎn)損失，做到安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。
5）GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》：本規(guī)范主要對(duì)建筑物電子信息系統(tǒng)綜合防雷工程的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、維護(hù)與管理作出規(guī)定和要求。
4、《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)防雷區(qū)分類(lèi)：
☆根據(jù)IEC61400-24《風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷保護(hù)》定義，風(fēng)電機(jī)組防雷區(qū)分為L(zhǎng)PZ0A區(qū)、LPZ0Ｂ區(qū)、LPZ１區(qū)、LPZ２區(qū)，其中LPZ0A區(qū)易遭受直擊雷擊，LPZ0Ｂ區(qū)不會(huì)遭受直擊雷侵害，LPZ0Ｂ區(qū)的電磁場(chǎng)不會(huì)瞬間，LPZ１區(qū)和LPZ２區(qū)不會(huì)遭受直接雷擊，LPZ１區(qū)和LPZ２區(qū)的電磁場(chǎng)會(huì)依次衰減。
☆保護(hù)對(duì)象應(yīng)置于電磁特性與該對(duì)象耐受能力相兼容的雷電防護(hù)區(qū)內(nèi)。
☆依據(jù)GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》第3.2條雷電防護(hù)區(qū)LPZ定義：
1）LPZ0A區(qū)定義：受直接雷擊和全部雷電電磁場(chǎng)威脅的區(qū)域，該區(qū)域的內(nèi)部系統(tǒng)可能遭受到全部或部分雷電浪涌電流的影響。
2）LPZ0Ｂ區(qū)定義：直接雷擊的防護(hù)區(qū)域，但該區(qū)域的威脅乃是全部雷電電磁場(chǎng)，該區(qū)域的內(nèi)部系統(tǒng)可能受到部分雷電浪涌電流的影響。
3）LPZ１區(qū)定義：由于邊界處分流和浪涌保護(hù)器的作用使浪涌電流受到限制的區(qū)域，該區(qū)域的空間屏蔽可以衰減雷電電磁場(chǎng)。
4）LPZ２區(qū)定義：該區(qū)域?yàn)槔纂姺雷o(hù)后續(xù)防雷區(qū)域，由于邊界處分流和浪涌保護(hù)器的作用使浪涌電流受到進(jìn)一步限制的區(qū)域，該區(qū)域的空間屏蔽可以進(jìn)一步衰減雷電電磁場(chǎng)。
5）《風(fēng)電機(jī)組》防雷區(qū)（LPZ）分類(lèi)示意圖： 
5、《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)雷電防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)組成：
☆外部防護(hù)系統(tǒng)裝置：外部防護(hù)系統(tǒng)裝置由接閃器、引下線和接地系統(tǒng)組成。
1）雷電接閃：雷擊風(fēng)力發(fā)電機(jī)的落雷點(diǎn)主要是在風(fēng)機(jī)的槳葉上，接閃器應(yīng)布置在槳葉的預(yù)計(jì)雷擊點(diǎn)處以接閃雷擊產(chǎn)生的雷電流，避免雷電流通過(guò)機(jī)艙軸承時(shí)引起的焊接效應(yīng)應(yīng)將其兩端通過(guò)碳刷或者放電間隙橋接起來(lái)防止回?fù)糸W絡(luò)。
2）引下線裝置：機(jī)艙架設(shè)在金屬塔上，可以直接將塔架作為引下線來(lái)使用。機(jī)艙架設(shè)在砼塔身上采用內(nèi)置引下線（采用鍍鋅扁鋼30*3或圓鋼8-10mm）。
3）接地系統(tǒng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的接地由塔基的基礎(chǔ)接地極提供，塔基礎(chǔ)基礎(chǔ)接地網(wǎng)應(yīng)與周?chē)牟僮魇业幕A(chǔ)接地極相連構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)狀接地體形成一個(gè)等電位連接區(qū)，在雷擊發(fā)生時(shí)消除相互間的電位差防止反擊（接地阻抗參照設(shè)計(jì)值）。
4）接地裝置概念圖： 
☆內(nèi)部防護(hù)系統(tǒng)裝置：內(nèi)部防護(hù)系統(tǒng)是由所有的在該區(qū)域內(nèi)縮減雷電電磁效應(yīng)的設(shè)施組成，組成結(jié)構(gòu)為等電位連接、屏蔽措施和限壓保護(hù)。
1）等電位連接：防雷擊等電位連接是內(nèi)部防雷系統(tǒng)的重要組成部分，等電位連接可以有效抑制雷電引起的電位差。
2）屏蔽：屏蔽裝置可以減少電磁干擾，機(jī)艙應(yīng)制作成一個(gè)封閉的金屬殼體使機(jī)艙內(nèi)的電子器件形成良好的屏蔽效果，在塔基和機(jī)艙的不同設(shè)備之間的電纜應(yīng)帶有外部金屬屏蔽層，線纜屏蔽的兩端都連接到等電位連接體時(shí)，屏蔽對(duì)電磁干擾的抑制才是有效的。
3）限壓保護(hù)：除了使用屏蔽措施來(lái)抑制輻射干擾源以外，防雷保護(hù)區(qū)邊界處的傳導(dǎo)性干擾也需要有相應(yīng)的保護(hù)措施，這樣才能讓電器和電子設(shè)備可靠地工作。對(duì)風(fēng)電機(jī)組電源線路0A-1區(qū)邊界處的防雷保護(hù)是在400/690V電源側(cè)實(shí)施的。
6、《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)雷電及過(guò)電壓防護(hù)措施具體內(nèi)容：
1）發(fā)電機(jī)保護(hù)
2）機(jī)艙開(kāi)關(guān)柜保護(hù)
3）輪轂變槳系統(tǒng)保護(hù)
4）塔基變頻柜保護(hù)
5）塔基控制柜保護(hù)
6）遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)
7）變壓器端保護(hù)
7、《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)雷電及過(guò)電壓防護(hù)措施設(shè)計(jì)方案：
1）機(jī)艙直擊雷防護(hù)措施：機(jī)艙外殼是采用鋼板制成（按照GB50057-2012的要求，鋼板厚度＞4mm）可作為承受直擊雷的載體，在機(jī)艙的上方適合的位置安裝接閃短針（風(fēng)機(jī)葉片相當(dāng)于接閃裝置或由機(jī)艙設(shè)備供應(yīng)方配套完成），防止雷電發(fā)生繞擊和側(cè)擊時(shí)穿透機(jī)艙，對(duì)機(jī)艙內(nèi)設(shè)備造成損壞。 
2）《發(fā)電機(jī)保護(hù)》防護(hù)措施：在發(fā)電機(jī)定子端和轉(zhuǎn)子端設(shè)置相對(duì)應(yīng)的電源防雷器作為發(fā)電機(jī)雷電過(guò)電壓保護(hù)裝置（由風(fēng)電機(jī)組成套器件配套實(shí)施）。
3）《機(jī)艙開(kāi)關(guān)柜保護(hù)》防護(hù)措施：從塔基控制柜到機(jī)艙開(kāi)關(guān)柜的線纜應(yīng)在線路進(jìn)入開(kāi)關(guān)柜的入口端安裝相應(yīng)的防雷器，從遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)進(jìn)入開(kāi)關(guān)柜的信息線應(yīng)在進(jìn)入開(kāi)關(guān)柜的入口端安裝信號(hào)防雷器，從測(cè)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入開(kāi)關(guān)柜的信號(hào)線應(yīng)在進(jìn)入開(kāi)關(guān)柜的入口端安裝信號(hào)線防雷器。
4）《輪轂變槳系統(tǒng)保護(hù)》防護(hù)措施：變槳系統(tǒng)是控制風(fēng)機(jī)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其電源與信號(hào)線路和機(jī)艙開(kāi)關(guān)柜相連接，應(yīng)在這些線路進(jìn)入變槳系統(tǒng)的入口端安裝相應(yīng)的防雷器。
5）《塔基變頻柜保護(hù)》防護(hù)措施：位于塔基的變頻柜與機(jī)艙發(fā)電機(jī)相連，從發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子來(lái)的電源線路在進(jìn)入變頻柜時(shí)應(yīng)安裝相應(yīng)的防雷器。
6）《塔基控制柜保護(hù)》防護(hù)措施：塔基控制柜的線路保護(hù)分為兩部分，其一是從機(jī)艙開(kāi)關(guān)柜到塔基控制柜的線纜應(yīng)在線路進(jìn)入控制柜的入口端安裝相應(yīng)的防雷器。其二是從變壓器室進(jìn)入控制柜的電源線應(yīng)在進(jìn)入控制柜的入口端安裝相應(yīng)的電源線防雷器。
7）《遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)》防護(hù)措施：遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)是負(fù)責(zé)將風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，應(yīng)在傳輸線纜的線路入口端和到開(kāi)關(guān)柜的出口端以及到控制柜的出口端安裝相應(yīng)的防雷器。
8）《變壓器端保護(hù)》防護(hù)措施：在變壓器低壓端側(cè)安裝地以及電源浪涌保護(hù)器，在變壓器高壓側(cè)安裝相應(yīng)的高壓避雷器。
8、《風(fēng)電機(jī)組》設(shè)備系統(tǒng)浪涌防護(hù)拓?fù)鋱D： 
☆對(duì)于690V/380V的風(fēng)力發(fā)電機(jī)供電線路，為防止沿低壓電源侵入的浪涌過(guò)電壓損壞用電設(shè)備，供電回路應(yīng)采用TN-S供電方式。
◆方案實(shí)施 （產(chǎn)品選型）
1、直擊雷防護(hù)裝置
1）普通接閃器： LR02系列。
2）優(yōu)化接閃器： LR01系列。
3）提前放電接閃器： LRT系列。
2、雷電電磁脈沖防護(hù)裝置（SPD）
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序號(hào)
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材 料
名 稱(chēng)
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規(guī) 格 型 號(hào)
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安 裝
位 置
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1
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電源防雷器
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A50/275/4P
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變壓器低壓端
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2
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風(fēng)力防雷器
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B120/690/3
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變壓器前端（690V）
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3
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風(fēng)力防雷器
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B120/690/3
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塔基電柜變頻器前端（690V）
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4
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風(fēng)力防雷器
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B80/690/3
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塔基電柜變頻器后端（690V）
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5
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信號(hào)防雷器
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CH24
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塔基電柜信號(hào)設(shè)備線纜端口
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6
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電源防雷器
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B80/420/4P
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塔基電柜信號(hào)設(shè)備電源前端口
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7
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電源防雷器
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F40/385/2P
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塔基電柜信號(hào)設(shè)備電源后端口
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8
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等電位連接器
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EP04
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塔基設(shè)備電源接地連接點(diǎn)
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9
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備注
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機(jī)艙設(shè)備雷電過(guò)電壓防護(hù)由機(jī)艙供應(yīng)方配套實(shí)施。配套實(shí)施的雷電防護(hù)裝置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和IEC61400-24《風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷保護(hù)》參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
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3、泄流（接地）裝置
1）銅包鋼接地極：EP01系列。
2）離子接地極：EP02系列。
3）石墨接地模塊：EP03/P2系列。
4）等電位連接器：EP04系列。 南京寧翔防雷工程科技有限公司 2018-10-02
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客服部