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風力發電裝置直擊雷防雷與電磁兼容問題

來源:德恩拓 發布時間:2014-1-15 9:57:36

風電機組與水電和火電機組在雷擊過電壓方面有機大不同,水電和火電機組有龐大的鋼結構廠房,發電機和控制、信息系統在寬闊的廠房內,設備一般都遠離墻壁和接地引下線,墻壁鋼筋和鋼柱都不靠近設備。風電則是高聳塔式結構,非常緊湊,發電機和控制系統、信息都緊靠塔壁,無論風軸、機艙、水平主軸、還是尾翼受到雷擊,機艙內的發電機及控制系統等設備都可能受到機艙的高電位反擊,在電源和控制回路沿塔柱引下的途中,也可能受到反擊。

1975 年作者指導花木橋水電站的工頻和沖擊反擊試驗,在機房直接短路接地和施加雷電流4300A 進行沖擊試驗,作者提出反應屏蔽效果的反擊系數。19811982 年,作者為水科院進行大型電子計算機房防雷設計時,又將我國各部門經驗概括為DBSG 技術,即分流、均壓、屏蔽、接地。

1985 年,作者與解廣潤合作的論文《關于微波通信站防雷問題的商榷》(《電力技術》,1985,6)中,又提出帶“保護”(protecting)的DBSGP 技術,和防雷中普適的DBSGP 系統。反觀過電壓保護規程(1979)中的,微波站防雷技術實際上已經完全采納了DBSGP 技術。在風電機組防雷中,當然是上述防雷原則的進一步應用,其中“接地”一項,至少要用5Ω。對發電機及其勵磁系統,繼電保護和控制系統、通信和信號以及計算機系統等均應由制造廠安裝相應的過電壓保護裝置。至于電力和信息回路由機艙到地面開關柜,除應采用屏蔽電纜外,還應再穿入接地鐵管,使反擊系統降至0.1%。此外,各回路均應在柜內安裝防雷裝置。這樣DBSGP
統在各節點層層設防,才能使機艙電位高達1600KV 的極高電壓,仍然承受住反擊電壓,保證各種設備安全運行。電力和信號線的雙層屏蔽,除防止反擊外,還起到信號線的抗干擾(EMC)作用。

4 接地與電磁兼容問題

丹麥廠家在島上的風電機組,其開關柜未與塔柱做等電位連接和封閉在外廓封閉的接地網之內,所以未發電即發生雷擊事故。其另一不該出的問題:電力和信號電纜均無屏蔽層,而且電纜過長,就盤成一堆,放在地面上,感應雷電過電壓都要引發事故。我們應采用下圖(略)的接地布置方式,使機柜與塔柱和機艙做等電位連接,至于接地網的具體尺寸及數據,則根據山上土垠情況來決定。

反擊電壓計算,機艙電位:

 U=IRi+L(di/dt)=150×3+0.5×40×150/2.6=450+1150=1600kV 1

采用DBSPG 技術后,分別取表1 中反擊系數,按下式算出風電系統的反擊電壓列于表中:U=kU 2

1 機艙中風電系統的反擊電壓(U=1600kV

部位

發電機電壓
220V-6kV

勵磁系統

繼電保護及控制系統

通信系統

備注

欄號

1

2

3

4

5

K

0.020.05

0.004

0.0050.01

0.04

文獻[3][6],圖3

U

3280

6.4

816

64

 

設備耐壓值
V
kV

650

24

24

24

文獻[3][6]

可見,(1)~(4)欄中,反擊電壓幾乎均高于耐壓值很多倍,故各節點均應安裝保護裝置MOA,其參數需分別由計算確定。MOA 的通流能力,可按下式計算[3]I=(U-Ur)/Z (kA) 3)式中,Ur 為電流I 時的殘壓(kV);Z 為電流通過的回路的波阻,約為150Ω。試算法求出。

 

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