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风力发电装置直击雷防雷与电磁兼容问题

来源:德恩拓 发布时间:2014-1-15 9:57:36

风电机组与水电和火电机组在雷击过电压方面有机大不同,水电和火电机组有庞大的钢结构厂房,发电机和控制、信息系统在宽阔的厂房内,设备一般都远离墙壁和接地引下线,墙壁钢筋和钢柱都不靠近设备。风电则是高耸塔式结构,非常紧凑,发电机和控制系统、信息都紧靠塔壁,无论风轴、机舱、水平主轴、还是尾翼受到雷击,机舱内的发电机及控制系统等设备都可能受到机舱的高电位反击,在电源和控制回路沿塔柱引下的途中,也可能受到反击。

1975 年作者指导花木桥水电站的工频和冲击反击试验,在机房直接短路接地和施加雷电流4300A 进行冲击试验,作者提出反应屏蔽效果的反击系数。19811982 年,作者为水科院进行大型电子计算机房防雷设计时,又将我国各部门经验概括为DBSG 技术,即分流、均压、屏蔽、接地。

1985 年,作者与解广润合作的论文《关于微波通信站防雷问题的商榷》(《电力技术》,19856)中,又提出带“保护”(protecting)的DBSGP 技术,和防雷中普适的DBSGP 系统。反观过电压保护规程(1979)中的,微波站防雷技术实际上已经完全采纳了DBSGP 技术。在风电机组防雷中,当然是上述防雷原则的进一步应用,其中“接地”一项,至少要用5Ω。对发电机及其励磁系统,继电保护和控制系统、通信和信号以及计算机系统等均应由制造厂安装相应的过电压保护装置。至于电力和信息回路由机舱到地面开关柜,除应采用屏蔽电缆外,还应再穿入接地铁管,使反击系统降至0.1%。此外,各回路均应在柜内安装防雷装置。这样DBSGP
统在各节点层层设防,才能使机舱电位高达1600KV 的极高电压,仍然承受住反击电压,保证各种设备安全运行。电力和信号线的双层屏蔽,除防止反击外,还起到信号线的抗干扰(EMC)作用。

4 接地与电磁兼容问题

丹麦厂家在岛上的风电机组,其开关柜未与塔柱做等电位连接和封闭在外廓封闭的接地网之内,所以未发电即发生雷击事故。其另一不该出的问题:电力和信号电缆均无屏蔽层,而且电缆过长,就盘成一堆,放在地面上,感应雷电过电压都要引发事故。我们应采用下图(略)的接地布置方式,使机柜与塔柱和机舱做等电位连接,至于接地网的具体尺寸及数据,则根据山上土垠情况来决定。

反击电压计算,机舱电位:

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

采用DBSPG 技术后,分别取表1 中反击系数,按下式算出风电系统的反击电压列于表中:U=kU 2

1 机舱中风电系统的反击电压(U=1600kV

部位

发电机电压
220V-6kV

励磁系统

继电保护及控制系统

通信系统

备注

栏号

1

2

3

4

5

K

0.020.05

0.004

0.0050.01

0.04

文献[3][6],图3

U

3280

6.4

816

64

 

设备耐压值
V
kV

650

24

24

24

文献[3][6]

可见,(1)~(4)栏中,反击电压几乎均高于耐压值很多倍,故各节点均应安装保护装置MOA,其参数需分别由计算确定。MOA 的通流能力,可按下式计算[3]I=(U-Ur)/Z (kA) 3)式中,Ur 为电流I 时的残压(kV);Z 为电流通过的回路的波阻,约为150Ω。试算法求出。

 

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