由此可知,風機葉片是風機中最暴露的部分,必須加以防護。對葉片的保護是否足夠,應當看其設計和安置葉片接閃器系統后能有效的截獲雷電,以及導流系統能疏導100kA I以上的雷電流(我國西北雷害較少的地區可以不這樣考慮)。
關于葉片的防雷應當采取以下措施:
1)葉片應當導電:雷擊時,葉片接受并將大電流導入大地,否則強大的雷電流將會損毀葉片。若葉片中含有導電的部分,則導電部件可能將雷擊電流引導到軸心,以防止葉片內部產生弧光放電。導電的部件可以為葉片的外框或葉面。在德國、丹麥、日本、美國的一項廣泛的研究表明,帶有內置導體的葉片可以大大降低葉片結構嚴重損壞的可能性。
2)葉片有多個接閃器:研究說明,安裝有內置防雷系統的長條形葉片容易受到雷擊的襲擊,雷擊點不一定是安裝在葉尖的接閃器。因此需要安裝多個接閃器,這樣比在葉尖設置單個接閃器更容易截獲雷電,為葉片提供更優良的保護。短于30m的葉片在每一片葉尖上至少應安裝一個接閃器。長于30m的風葉,應安裝多個接閃器,接閃器可以是碟形和柱形。
風機其它部件的防雷和綜合接地系統
1)機艙和其它構件:
風力機機艙和其它構件(如輪毅,AA架)的防雷,應當有接閃能力,盡可 能使用大的金屬構件作接閃器。還要將金屬構件做等電位連接,將雷電流傳導到接地系統。機艙上氣象儀表、航空燈等的避雷針、引下線以及搭接線的尺寸要滿足IEC62305-3的要求。
總之,機艙和其它構件的防雷可以直接采用}EC62305系列標準所描述的方法。風力機應當劃分為若干防雷 區LPZ,設計人員應當計算雷電風險水平,并根據等電位搭接、電磁屏蔽和采用SPD等設計防雷系統。
2)機械驅動系統和偏航系統
機械驅動系統的防雷非常重要,因為風力機的驅動系統有巨大的轉動軸承、傳動軸、齒輪、液壓和電氣執行系統,在雷電擊中葉片時,它們都處于雷電流的徑路上,巨大的雷電流可以使其受到機械損壞。機械驅動系統的所有部件都要經受住雷電流或運動部件間的雷電弧而不受損害,例如,軸承和執行機構用滑動接觸器或火花間隙進行防護。這些部件設計成可以將雷電流從被保護部件上轉移或減少雷電流流經部件的數值,直到該雷電流小到部件可以承受的水平。
3)電氣系統、電子系統
風力機的電氣系統、電子系統應當經受住由于雷電產生的雷電電磁脈沖(LEMP)而不損壞。雷害統計顯示,大多數雷害與風機的電氣系統、電子系統有關。電氣系統、電子系統的LEMP的防護措施(LPMS)應能消除或避免這些系統的雷害。應當采用IEC62305-4的防護區的綜合防護概念采取接地、搭接、電磁屏蔽和合理布線、安裝能量協調一致的SPD等措施。
4)綜合接地系統
風塔地基應當有一個接地系統,該系統是風機葉片遭直擊雷后的雷電流通道,也是其他系統SPC)的接地點。各風塔間的接地系統應當相互連接構成綜合接地系統,各風塔間的地線也是電纜的接地保護線。國外經驗證明,綜合接地系統的防雷效果比獨立的風塔接地系統好很多。
結論和建議
雷害對風電機組的負面影響也來越受到風電行業的重視,可以預見,在風電機組容量增大和機身高度增加,控制系統大量采用耐過電壓過電流能力極低而工作效率極高的微電子設備后,大容量機組雷害的嚴重性將會日益突出,造成的間接經濟損失也將也來越大。尤其將來離岸設置風電機組時,雷害的問題會更加突出。應當對風電機組實施綜合防護的措施以有效減少雷害。所謂“綜合防護”首先要提高風力機自身的抗雷電能力,葉片及雷電流入地路徑中的所有部件(包括槳距軸承、輪毅和主軸軸承、齒輪、發動機軸承、底座、偏航軸承和塔架)應能通暢的將雷電流導入大地兒自身完好無損。對于低壓電氣系統和電子系統以及高壓電力系統必須裝置“合適的”、“能量配合”的浪涌保護設備。風場要有與相關建筑物、構筑物和風場設備、傳輸電纜連為一體的綜合接地系統。
我國清潔能源發展正處于上升時期,風力發電和光伏發電都將面臨如何有效的防止雷害的問題。國外的風電場業主和風電機組制造商已經認識到與專業防雷公司或科研機構、試驗機構合作研究防雷措施的必要性,IEC第88技術委員會就吸收了專業防雷公司參加其中的工作。我國是個雷暴分布復雜和多雷暴的國家,風機防雷將是必然課題。目前,成都興業雷安電子技術公司等我國大防雷器生產廠家已經有專門部門從事清潔能源系統防雷研究,其生產的電源和微電子設備用SPD已經出口到歐美和亞非各國,有較高的性價比。相信,風電機組制造商和運營商和專業防雷公司或科研機構、試驗機構精誠合作,必然將風電機組防雷工作做好,使我國的風電機組能夠全天候的工作。