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錢啟良——談風(fēng)電場防雷過電壓保護的誤區(qū)

2014-11-15 來源:《2014全國風(fēng)電后市場專題研討會》——論文集 瀏覽數(shù):813

  近年來隨著風(fēng)電場數(shù)量的增加、風(fēng)電場所在地區(qū)的擴展、風(fēng)電機組遭受雷電而受損的現(xiàn)象突顯,風(fēng)電場運行商反映強烈。風(fēng)電場為什么頻繁遭雷電損壞?風(fēng)力發(fā)電機組除自身高度高,容易遭受雷聲損壞外還有沒有其它原因?最近本人有幸參加了某風(fēng)電場項目的設(shè)備選型及風(fēng)電場施工的調(diào)研工作,在調(diào)研中重點了解了風(fēng)機制造商所生產(chǎn)的鳳電機組的防雷電過電壓防護措施及風(fēng)電場的施工工作,從而使我認識到風(fēng)機制造商和風(fēng)電場在施工工作中,對防雷電過電壓保護問題的認識尚存在著一定的誤區(qū)。
  1.有的風(fēng)機制造商這樣提出:機艙罩、塔筒均系金屬結(jié)構(gòu),它相當于法拉第籠,它能夠有效的引導(dǎo)雷電電流至大地,因此在過電壓保護設(shè)計時除變流器、主控柜外沒有做過多的保護。我認為這里存在著誤區(qū)。
  1.1從物理學(xué)上講法拉第籠原本是指一個密封的金屬腔體,它是英國物理學(xué)家法拉第(MichaelFarady)根據(jù)靜電平衡原理,利用金屬空腔隔離靜電場影響所采取的一種結(jié)構(gòu),后來被人們稱作法拉第園筒。然而我們風(fēng)機并不是一個標準的法拉第籠,只能講類似于法拉第籠,因為金屬的機艙罩上有進、排氣孔,塔筒底部有供工作人員出入的門,雷電是一種單極性脈沖波,其頻譜范圍較寬,從幾十Hz到幾MHz,由于空氣與金屬界面波阻抗不同,入射的雷電電磁波會在界面處發(fā)生反射和折射,雖然它使電磁波發(fā)生衰減,但機艙、塔筒內(nèi)部的電磁場并不為零,這就是風(fēng)力發(fā)電機組與法拉第籠的區(qū)別。所以除變流器、主控柜外發(fā)電機的出線端也應(yīng)該設(shè)置過電壓保護器。根據(jù)美國學(xué)者希爾對計算機所做的模擬實驗,2. 4G的磁場即可以使計算機元件受損,因此機艙、塔筒內(nèi)的電子設(shè)備通信設(shè)備的安全得不到保證,應(yīng)該對機艙、塔筒內(nèi)的電子設(shè)備的信號線、電源線也實施過電壓保護,在其進線端安裝相應(yīng)的過電壓保護器進行過電壓保護。
  1.2風(fēng)機塔筒的門經(jīng)常有人出入,且風(fēng)力發(fā)電機組絕大多數(shù)處于遠郊外,每一臺風(fēng)機的底部都有動力電纜、光纖電纜從風(fēng)機上的避雷針保護覆蓋區(qū)以外的地方引入風(fēng)機的塔筒內(nèi),落地直擊雷以雷閃為中心,半徑在1.5-2.Okm范圍內(nèi)的感應(yīng)雷電過電壓將經(jīng)由電纜、光纜的金屬部分進入塔筒及機艙內(nèi)部,使塔筒、機艙內(nèi)的電子設(shè)備的信號線、電源線受到損壞,所以從這個角度上講塔筒、機艙是與法拉第籠有區(qū)別的,機艙、塔筒內(nèi)的電子設(shè)備的信號線、電源線也必須在其進線端加裝防雷及過電壓保護器,將線路上過高的脈沖電壓濾除,保護這些設(shè)備不被過電壓破壞。
  2.有的同志講:光纖電纜是不怕雷電的,光纜的敷設(shè)線路可以不做防雷過電壓保護
  2.1近年來,光纖通信在風(fēng)電行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用,同時它對風(fēng)電行業(yè)來講也是一個新事物。光纖是由石英材料制成的,就其本身來講是電的絕緣體,所以由它構(gòu)成的通信線路其本身是不會受到電磁干擾的,這是光纖通信的優(yōu)越性之一。但是,風(fēng)電場處于曠野之中,目前在光纖電纜的結(jié)構(gòu)中,其加強件通常是由鋼絞線構(gòu)成的,有時為了防鼠蟻的嚙咬等光纖電纜中還有金屬防潮層和金屬愷裝層,此外架空光纜的吊掛物一般也是金屬構(gòu)件。當其與強電設(shè)施接近時需要考慮防電磁感應(yīng)問題。所以架空、直埋的光纖電纜的防雷電、強電措施是不可少的,據(jù)有關(guān)文獻介紹,在直接遭受雷擊時光纖電纜線路的損壞幾乎是無法避免的。特別是雷電比較嚴重的地區(qū)更應(yīng)該引起注意。這是因為光纜中的金屬構(gòu)件或金屬吊掛物由于雷電感應(yīng)而產(chǎn)生強大的感應(yīng)電動勢,它在釋放時強大的釋放電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)引起光纖電纜燃燒、熔化,或者雷擊光纖電纜路由時,路由中的水分瞬間汽化膨脹產(chǎn)生的沖擊現(xiàn)象損壞光纖電纜。所以我們應(yīng)該走出光纖電纜不怕雷電的誤區(qū),‘做好光纖電纜的防雷及電磁感應(yīng)工作。

【延伸閱讀】

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閱讀上文 >> 王歡、吳俊——淺析風(fēng)電設(shè)備主軸密封泄露在線改造
閱讀下文 >> 孫志偉——風(fēng)場區(qū)域庫的訂貨策略

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