风力发电机接地及等电位连接

摘要:简单介绍了风力发电机的基本构成并根据关于风力发电机的防雷标准给出了风力发电机防雷接地和等电位连接的具体方法。

Abstract: It introduces the basic components of wind turbines and in accordance with standards on lightning protection of wind turbines,the specific method ofwind turbine lightning protection grounding and equipotential bonding are given.

关键词:风力发电机;接地;等电位连接

Key words: wind generator;ground;equipotential bonding

中图分类号:TM31 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)30-0222-01

0引言

风力发电是除水电以外最为经济的可再生资源,也是我国新能源发展的重大工程项目,风力发电以每年30%的增长率成为电能增长的最快源泉。随着风力发电机数量和装机容量的不断增加,雷击风力发电机组引起的事故被越来越多的人所重视,由于目前国内尚无有关风力发电机组雷电防护方面的标准,寻求经济合理的雷电防护方法成为目前的一项十分重要的任务。而风力发电机接地和等电位连接形式在很大程度上能够影响防雷效果的成败。根据IEC 61400-24对风力机雷电防护的相关说明,结合IEC61024相关章节,提出了风力发电机的接地与等电位连接的方法。

1风力发电机的功能构成简介

风力发电机在设计中有不同的版本,例如有三浆叶、两浆叶、甚至单浆叶的,对于国内现有的MW级的风力发电机,大多是三浆叶的水平轴风力发电机。主要由以下几部分构成:

机舱:机舱包容着风力发电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子,即转子叶片及轴。

转子叶片:捉获风,并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上,每个转子叶片的测量长度大约为20米,而且被设计得很象飞机的机翼。

轴心:转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。

低速轴:风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上,转子转速相当慢,大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管,来激发空气动力闸的运行。

齿轮箱:齿轮箱左边是低速轴,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。

高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转,并驱动发电机。它装备有紧急机械闸,用于空气动力闸失效时,或风力发电机被维修时。

发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上,最大电力输出通常为500至1500千瓦。

偏航装置:借助电动机转动机舱,以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作,电子控制器可以通过风向标来感觉风向。通常,在风改变其方向时,风力发电机一次只会偏转几度。

电子控制器:包含一台不断监控风力发电机状态的计算机,并控制偏航装置。为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的过热),该控制器可以自动停止风力发电机的转动,并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。

液压系统:用于重置风力发电机的空气动力闸。

冷却元件:包含一个风扇,用于冷却发电机。此外,它包含一个油冷却元件,用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。

变压器:对输出的电能进行变压,以便传输和组网。

在机舱外壳有的风力机上安装有气象探测设备,还有避雷短针对探测设备进行防护。

2风力机接地及等电位连接

接地系统能够泄散和导走高频和高能量的雷电流入地,防止风力发电机受到损坏,此外还能保护人员和牲畜免于受到电击,因此为风力发电机建立一个有效的接地系统是十分重要的。

塔基接地网:可用40mm×4mm扁钢沿塔基敷设环形水平接地体,同时打入?准25的圆钢作为垂直接地体,垂直接地体敷设的间距一般为接地体长度的2倍,并将垂直接地体与水平接地体相连接共同组成接地网。塔身周边每隔120度与接地网连接同时将塔身与塔基混凝土内的钢筋连接。

各部件之间的等电位连接:

①每台风力机都有一个独立的变压器,将变压器高压侧和低压侧的接地端子排相互连接,高压侧的接地端子排为三相线的中性线端子排,变压器高压侧的中性线端子最终连接到变压器一次侧的接地母排上,低压侧端子排可使用绝缘支架安装在变压器外壳上,但应将端子排与变压器外壳相连接,或者去掉绝缘支架直接安装在变压器外壳上。

②底端控制箱位于塔身内,用外层绝缘的等电位连接线从控制箱外壳的顶端就近连接到塔身上。

③塔顶的控制箱内为可变间距控制器(VPC)也可以称作为偏航装置控制器,VPC内的接地端子排与塔底端的控制箱内的接地端子排用下拉导线相连接。

④VPC箱体经短、直的等电位连接带跨过绝缘支架(起到隔振作用)与变速箱相连接。

⑤变压器二次侧接地排与底端控制箱接地线排相连接。

⑥发电机接地经发电机接线箱和塔的中间部位用向下耷拉的导线连接。

⑦方舱上方的接闪器固定在方舱表面,位于发电机尾部附近,其引下线用下拉导线与塔中间部位连接,由于接闪器与发电机距离很近,为防止雷击时反击,应将发电机机舱与避雷针支架就近点相连接。

3结论

风力发电机由于其独特的几何结构加之一般处在空旷的易受雷击的地点,使得对其雷电防护有许多特别之处,作为防雷设计中的重要一环,合理的接地和等电位连接就显得尤为重要。通过合理的设计可以将雷电对风力发电机的影响降低到一定的程度,但风力发电机的防雷应进行系统的设计,接地和等电位连接要配合屏蔽、隔离等其他技术才能够最好的降低雷击对风力发电机造成的影响。

参考文献:

[1]IEC 61400-24 Wind Turbine Generator Systems[Z].Lightning Protection.

[2]肖稳安,张小青.雷电与防护技术基础[M].北京:气象出版社,2006.