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風(fēng)力發(fā)電，現(xiàn)在被稱為明日世界的能源。由于它屬于可再生能源，而且不像火電、核電、水電會(huì)造成環(huán)境問(wèn)題，所以對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展對(duì)能源的要求，達(dá)到了舉足輕重的地位。
目前，我國(guó)正在籌建裝機(jī)容量5～10 萬(wàn)千瓦的大型風(fēng)電場(chǎng)兩處，另外還在各地發(fā)展中小型風(fēng)力發(fā)電裝置，至于小型家用風(fēng)電，內(nèi)蒙自治區(qū)早在上世紀(jì)70 年代已相當(dāng)規(guī)模，90 年代已有很大的發(fā)展?？梢?jiàn)，配合風(fēng)電開(kāi)發(fā)，正確解決這種高聳易遭雷擊裝置的雷電防護(hù)和emc 問(wèn)題已經(jīng)提到日程。
1 風(fēng)輪、機(jī)艙、水平軸和尾舵的防護(hù)由圖1（略）可知，水平軸風(fēng)電機(jī)部件是zui易受擊部位，特別是風(fēng)輪端部。直擊雷電流，參考《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，按二類防雷設(shè)計(jì)，應(yīng)取150ka，波形10/350us。作為參考，該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，機(jī)殼等鋼的厚度達(dá)到4 mm，即可認(rèn)為能夠承受上述直擊雷電流。順便指出，有文獻(xiàn)在考慮風(fēng)輪受到直擊雷時(shí)按不同方向用滾球法計(jì)算，實(shí)際上因風(fēng)輪不斷旋轉(zhuǎn)，直觀法或保護(hù)角法也可使用。
2 風(fēng)輪、機(jī)艙、水平軸、尾舵和塔柱的等電位連接機(jī)艙外殼應(yīng)采用鋼板制成，為承受直擊雷壁厚不應(yīng)小于4mm。若小于4mm，則應(yīng)在適當(dāng)位置，包括上方和兩側(cè)裝設(shè)幾支小避雷針，防止上方和兩側(cè)受到雷擊，穿透艙壁，損壞內(nèi)部設(shè)備。如果大型機(jī)組為減輕重量而用復(fù)合材料制造機(jī)艙外殼，則應(yīng)在外面以網(wǎng)格形式裝設(shè)兼作接閃和屏蔽之用的鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)孔不宜大于3×3cm2～4×4cm2，鋼絲直徑不宜小φ2.5mm，需通過(guò)屏蔽計(jì)算，必要時(shí)再加大鋼絲截面或縮小網(wǎng)孔。初步估計(jì)，對(duì)z=0.25us 到z=10us 的雷電流，應(yīng)不小于40db。各網(wǎng)孔結(jié)點(diǎn)處應(yīng)當(dāng)焊接以保證電氣的連續(xù)性。
風(fēng)輪與機(jī)艙間，機(jī)艙與塔柱間，尾舵與水平軸間，如無(wú)鉚接、焊接、螺接等可靠電氣連接，則應(yīng)設(shè)兩個(gè)金屬（鋼）連接線，每個(gè)的截面不宜小于16mm2。上述各項(xiàng)連接使裝置成為電氣上的整體，各易擊點(diǎn)受到直擊雷時(shí)，都能保證順利地以zui近的路徑沿塔柱引入接地裝置，并流向大地。如果風(fēng)輪由復(fù)合材料做成，則其端部必須由金屬（鋼）制成，以便接閃。此時(shí)應(yīng)以截面不小于25～35mm2 的鋼線，沿葉片的邊緣及迎風(fēng)面和背風(fēng)面各敷設(shè)一條導(dǎo)流線。尾舵如由復(fù)合材料做成，也應(yīng)沿外廓敷設(shè)鋼線，用來(lái)接閃和導(dǎo)通電流至水平軸。其中間也宜在兩側(cè)敷設(shè)鋼網(wǎng)。
風(fēng)輪與機(jī)艙間，水平軸與塔柱間，尾舵（翼）與水平軸間，以及其它旋轉(zhuǎn)或活動(dòng)部分間的跨接線需根據(jù)具體情況精心設(shè)計(jì)和安裝，并宜采用雙份，因?yàn)橹灰陂L(zhǎng)年運(yùn)行中，因振動(dòng)等作用力導(dǎo)致材料疲勞和斷開(kāi)，則強(qiáng)大的雷電流就會(huì)通過(guò)軸承處的油膜放電，燒損軸承和主軸的接觸部位，不用許久，一兩年經(jīng)過(guò)幾次雷擊就會(huì)使這些部件損壞，而若旁站導(dǎo)線敷設(shè)得當(dāng)，這些部件本應(yīng)可靠運(yùn)行很多年，而且大修時(shí)也只是更換硬度較小的軸承。
3 直擊雷工況的反擊電壓計(jì)算及其防護(hù)
風(fēng)電機(jī)組與水電和火電機(jī)組在雷擊過(guò)電壓方面有機(jī)大不同，水電和火電機(jī)組有龐大的鋼結(jié)構(gòu)廠房，發(fā)電機(jī)和控制、信息系統(tǒng)在寬闊的廠房?jī)?nèi)，設(shè)備一般都遠(yuǎn)離墻壁和接地引下線，墻壁鋼筋和鋼柱都不靠近設(shè)備。風(fēng)電則是高聳塔式結(jié)構(gòu)，非常緊湊，發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)、信息都緊靠塔壁，無(wú)論風(fēng)軸、機(jī)艙、水平主軸、還是尾翼受到雷擊，機(jī)艙內(nèi)的發(fā)電機(jī)及控制系統(tǒng)等設(shè)備都可能受到機(jī)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(dǎo)花木橋水電站的工頻和沖擊反擊試驗(yàn)，在機(jī)房直接短路接地和施加雷電流4300a 進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，作者提出反應(yīng)屏蔽效果的反擊系數(shù)。1981—1982 年，作者為水科院進(jìn)行大型電子計(jì)算機(jī)房防雷設(shè)計(jì)時(shí)，又將我國(guó)各部門(mén)經(jīng)驗(yàn)概括為dbsg 技術(shù)，即分流、均壓、屏蔽、接地。
1985 年，作者與解廣潤(rùn)合作的論文《關(guān)于微波通信站防雷問(wèn)題的商榷》（《電力技術(shù)》，1985，6）中，又提出帶“保護(hù)”（protecting）的dbsgp 技術(shù)，和防雷中普適的dbsgp 系統(tǒng)。反觀過(guò)電壓保護(hù)規(guī)程（1979）中的，微波站防雷技術(shù)實(shí)際上已經(jīng)*采納了dbsgp 技術(shù)。在風(fēng)電機(jī)組防雷中，當(dāng)然是上述防雷原則的進(jìn)一步應(yīng)用，其中“接地”一項(xiàng)，至少要用5ω。對(duì)發(fā)電機(jī)及其勵(lì)磁系統(tǒng)，繼電保護(hù)和控制系統(tǒng)、通信和信號(hào)以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等均應(yīng)由制造廠安裝相應(yīng)的過(guò)電壓保護(hù)裝置。至于電力和信息回路由機(jī)艙到地面開(kāi)關(guān)柜，除應(yīng)采用屏蔽電纜外，還應(yīng)再穿入接地鐵管，使反擊系統(tǒng)降至0.1%。此外，各回路均應(yīng)在柜內(nèi)安裝防雷裝置。這樣dbsgp 系
統(tǒng)在各節(jié)點(diǎn)層層設(shè)防，才能使機(jī)艙電位高達(dá)1600kv 的*電壓，仍然承受住反擊電壓，保證各種設(shè)備安全運(yùn)行。電力和信號(hào)線的雙層屏蔽，除防止反擊外，還起到信號(hào)線的抗干擾（emc）作用。
4 接地與電磁兼容問(wèn)題
丹麥廠家在島上的風(fēng)電機(jī)組，其開(kāi)關(guān)柜未與塔柱做等電位連接和封閉在外廓封閉的接地網(wǎng)之內(nèi)，所以未發(fā)電即發(fā)生雷擊事故。其另一不該出的問(wèn)題：電力和信號(hào)電纜均無(wú)屏蔽層，而且電纜過(guò)長(zhǎng)，就盤(pán)成一堆，放在地面上，感應(yīng)雷電過(guò)電壓都要引發(fā)事故。我們應(yīng)采用下圖（略）的接地布置方式，使機(jī)柜與塔柱和機(jī)艙做等電位連接，至于接地網(wǎng)的具體尺寸及數(shù)據(jù)，則根據(jù)山上土垠情況來(lái)決定。
反擊電壓計(jì)算，機(jī)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(shù)后，分別取表1 中反擊系數(shù)，按下式算出風(fēng)電系統(tǒng)的反擊電壓列于表中：u=ku （2）
表1 機(jī)艙中風(fēng)電系統(tǒng)的反擊電壓（u=1600kv）
部位
發(fā)電機(jī)電壓
（220v-6kv）
勵(lì)磁系統(tǒng)
繼電保護(hù)及控制系統(tǒng)
通信系統(tǒng)
備注
欄號(hào)
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
k 值
0.02～0.05
0.004
0.005～0.01
0.04
文獻(xiàn)[3][6]，圖3
u
32～80
6.4
8～16
64
設(shè)備耐壓值
v（kv）
6～50
2～4
2～4
2～4
文獻(xiàn)[3][6]
可見(jiàn)，（1）～（4）欄中，反擊電壓幾乎均高于耐壓值很多倍，故各節(jié)點(diǎn)均應(yīng)安裝保護(hù)裝置moa，其參數(shù)需分別由計(jì)算確定。moa 的通流能力，可按下式計(jì)算[3]：i=（u-ur）/z （ka） （3）
式中，ur 為電流i 時(shí)的殘壓（kv）；z 為電流通過(guò)的回路的波阻，約為150ω。試算法求出。
5 侵入雷電波的防護(hù)
根據(jù)多節(jié)點(diǎn)、多界面、多道防線原理及dbsgp 技術(shù)，保護(hù)裝置布置如下：發(fā)電機(jī)出口裝發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)裝置： mhvp-g-70 保護(hù)器，mhvp-hrtwd-220 型波吸收器（1.5～2μf），以及進(jìn)線保護(hù)電纜段l=l1+l2=50～100m 的l2 段（從地面開(kāi)關(guān)柜到發(fā)電機(jī)出口），電纜兩端及中間多點(diǎn)接地（共5 點(diǎn)及以上），以及地面開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的cc-300 型電感線圈（300μh），和保護(hù)電感線圖及電纜頭的
mhvp-sa-70（保護(hù)接線圈略）。
6 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和可靠性指標(biāo)
直擊葉輪、機(jī)艙、尾艙時(shí)的耐雷水平：i1=150ka，τ=2.6μs，r1=5ω，直擊地面進(jìn)線段首端，i2=50ka，進(jìn)線電纜的地埋部分l1 =15～20m。進(jìn)線首端r2=5ω。
耐雷指標(biāo)：可靠性指標(biāo)目標(biāo)值：mtbf =50 年（1kl=40d/a），由半統(tǒng)計(jì)法和判據(jù)對(duì)比法確定，并據(jù)以校核和確定保護(hù)系統(tǒng)的諸參數(shù)。（參考我國(guó)電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行指標(biāo)：微波通信站，60 年；小型發(fā)電機(jī)，30～100 年）。