天台山防雷设计方.docx
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天台山防雷设计方.docx
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天台山防雷设计方
风力发电场
风机雷电防护
方案书
施工组织方案
建设单位:
设计单位:
项目编号:
2010-04-12
目录
一、风能防雷概述
二、雷害原因、雷害途径与雷击隐患
2.1、雷害原因分析
2.2、雷害途径
三、设计思想及指导原则
四、设计依据
五、风电场防雷现状
六、整改方案
七、工程维护与管理
一、风能防雷概述
风能是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生洁净能源。
风能发电为人与自然和谐发展提供了基础。
由于风力发电机组是在自然环境下工作,不可避免的会受到自然灾害的影响。
现代科学技术的迅猛发展,为了更好利用风能,风力发电机组的轮毂高度和叶轮直径随之增高,单机容量越来越大。
由于风机安装环境位置与高度经常遭受直击雷的雷击,不过,现在风力发电机外露装置日趋成熟,遭遇直击雷损坏几率相对减少。
但是,风机内部大量的敏感电气、电子设备损坏常有发生。
因此,必须为风机内的电气、电子设备安装完整的防雷保护系统。
通过安装防雷保护装置,设备得到了保护,维护和维修费用降低。
,为风机雷电、电涌保护推出有专用匹配型号的相适应产品,使风力发电场雷电防护更科学、可靠与安全。
二、雷害原因、雷害途径与雷击隐患
2.1、雷害原因
雷击是自然界中对风电机组安全运行危害最大的一种灾害。
雷电释放的巨大能量,会造成风电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。
统计资料显示,从1991年到1998年,德国全部的1498台风电机组共发生738起雷击故障事件。
我国风电场所处位置的地质和气候相对复杂,“风电机组遭到雷击的事故经常发生。
”风电专家、北京交通大学电气工程学院汪至中教授告诉记者。
我国红海湾风电场建成投产至今发生了多次雷击事件。
其中,叶片被击中率达4%,其他通讯电器元件被击中率更高达20%。
若风电机组遭受雷击,除了损失修复期间应该发电所得之外,还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。
风力发电场处在风坡处,容易形成雷雨云(CB云)所在位置易遭受雷击。
迄今,风机叶片叶尖遭遇过雷击,风电机组运行过程中其温控系统多次遭受雷击,造成系统故障。
雷击实验:
信息端口感应损坏试验
·中科院曾有人做过这样地试验:
大楼内找一根钢筋(非主钢筋)通过10KA雷电流,则距离它50cm有一组局域网线,用记忆示波器测试,感应电压高于100V,这时,局域网所连接的重要设备将烧毁(小型机、服务器等)因为根据IEEE标准通讯协议规定,局域网端口芯片耐压为5倍工作电压,即5×5V=25V100V>25V,故信息设备端口需安装SPD。
在引下线外应做防雷电电磁感应的防护。
2.2、雷击隐患
风电场风机内部防雷存在防雷弊端。
其引下线与配电线路、信号线路共同捆绑引入配电箱与接地。
所以当在雷电流流过引下线时会引起周围空间产生强烈的电磁环境变化。
强烈的电磁场就会感应到配电线和信号线上,并沿配电线信号传入后续设备,造成后续设备因感电感应而损坏。
三、设计思想及指导原则
严格按照国家法律法规以及防雷规范的规定,遵循安全可靠、技术先进、经济合理的原则,按照客户的要求,进行全面综合系统的防护。
风力发电机组大多数位于空旷地带或者山上,较孤立,遭受雷击的概率较高,在雷雨天气时直接关系到工作人员的人身安全以及机组设备的正常运行,因此,风力发电机组应采取全方位、系统性的各项防雷措施,其防雷设施的完善与否应引起高度重视
四、设计依据
&GB50057-94(2000版)《建筑物防雷设计规范》
&GB50174-93《计算机机房设计规范》
&GB99D562《建筑物防雷设施安装图集》
&GB950343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》
&IEC1312《雷电电磁脉冲的防护》
&DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》
&DL/T621-1997《交流电气装置的接地》
&IEC62305《IEC62305》
&IEC/TR61400《IEC/TR61400》
五、风电场防雷现状
根据风力发电场技术人员介绍和公司技术人员现场勘测:
风力发电场防雷现状如下:
A、风电场直击雷防护较完善
B、风机内部等电位措施和防雷电电磁脉冲措施都不完善;
C、在风机内部对于信号线上防浪涌选型不匹配。
D、风电机组接地电阻偏高不符合规范。
六、方案
1、等电位连接及屏蔽整改措施
根据IEC/TR61400-24第8.5节的建议,所有的系统和金属部件必须被连接在一起并连接到一个低电阻的接地路径上。
1)、机舱全部设备,包括齿轮箱、电机、转动轴承座等,全部与机座有良好的接地线。
每节塔筒法兰两端用铜导线(50mm2)短接(不少于4处)。
2)、将风力发电机之间运行的电力电缆的铠装护皮稳固地连接到风力发电机的接地系统上。
在风力发电机之间运行的SCADA电缆沟内安装已接地的裸铜缆线。
将所有SCADA缆线的铠装护皮的两端连接到接地系统上。
塔顶部安装避雷针,接地线采用截面积50平方mm铜导线(电解铜)由塔頂部进入机舱与底座连接。
控制系统
1)将风力发电机之间运行的任何电力电缆的铠装护皮稳固地连接到风力发电机的接地系统上。
2)在风力发电机之间运行的电缆沟内安装接地的裸铜缆线。
3)将所有缆线的铠装护皮的两端连接到接地系统上。
控制系统
温控系统线路多次遭受雷击解决与处理方法:
在温控变送器前端装设电涌保护器,在温控变送器输出端装设电涌保护器如下图所示:
风力发电机的防浪涌保护器能够处理最小为180kA的电涌电流,并且每相具有多条、带独立保险丝的后备保护路径,这样风力发电机就是壳处在保护之中。
通过屏蔽方法,可衰减电磁场水平。
而电场衰减可以大大减少传导至电路的电压。
风电机组控制系统所遭遇损坏大部分可以通过有效连接与屏蔽避免。
将电缆布于钢管或金属导管内非常好,因为它们能有效地将电缆与磁场隔开。
电缆屏蔽降低暂态电压的效果,同时也给出了两端与风电机组接地牢固连接的金属导管/管道内的布线效果。
此例给出了当电缆以距离变速箱或发电机(带100kA电流,且电流上升时间约为200kA/μs)近30mm方式布线时的预期电压幅值。
这个电流很大,di/dt值也很高,但电缆保护层与管道的保护效果明显。
因此使用双绞线、屏蔽线、带导管导线以及穿过金属管道的电线能降低导线的磁场。
屏蔽层/管道/导管的两端必须与结构连接。
同时,将导线靠近金属结构并且避免导线形成环路可减少磁耦合面积。
所述方法可有效降低环路面积且内部保护导线免受变化磁场的影响
2、接地系统整改措施
良好、低阻的接地是保证雷击过程中风电机组安全的必备条件。
有些风能电站风电机组设计要求地网的接地电阻必须≤4Ω.
1)风力发电机接地系统的建造应该按照IEC/TR61400-24第9节:
Todisperselightningcurrentsflowingfromawindturbineintotheearth,itisnecessarytoprovideasuitableearthterminationsystemtolimitovervoltagesthatcanbedangeroustobothhumansandequipment.Thisisachievablebytheprovisionofalowimpedanceearthterminationsystem.
Eachwindturbinemustbeequippedwithitsownearthterminationsystem,evenifitisconnectedtoalargerwindfarmearthingsystem.
实施用DEHNROUNDCONDUCTOR“RD”及连接器做防雷接地网如下图所示。
IEC61024-1及IEC/TR61400-24的表11中列出了下引导体的最小尺寸。
1)建造一个围绕风力发电机、与塔架相连接的环形接地系统。
塔架的加强钢筋应该与风力发电机的接地系统进行焊接。
2)接地系统应该与所有接地电极、地下金属物件以及接地系统互相连接。
在一个风电场中,所有风力发电机的接地系统应互相连接。
3)接地系统一定要紧凑。
接地系统中任何超出雷击点30m以外的部分将无助于降低雷击的峰值电压。
4)在风机基坐下做一环型地网便接地系统的接地电阻小于等于4Ω。
5)接地系统必须每年进行一次检查,以确定是否出现断裂、连接松动、锈蚀和/或接地电阻的改变等情况。
6)接地系统必须在任何时候都保持良好的状态。
七、工程维护与管理
每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。
主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常,必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况,如果发现问题应及时处理。
接地网的接地电阻应每年进行一次测量。
若进行系统改造或者添加新设备、新线路,请及时与我公司联系,做好新系统、新设备或者新线路的防雷工作,以免造成不可挽救的损失。
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