风力发电机组控制器的雷害设计

来源:用户上传      作者: 王玉梅

　　风力发电机组是风力发电厂的核心装置，机组的运行状态会直接决定了整个电力系统的运行效率。而控制器在的发电机组中的作用是进行启动、调速、制动、反向等，操控了机组的正常运行状态{实现机组无人值守、全自动运行的高效PLC控制、提供完整的安全保护系统(超速保护、扭缆保护、振动保护、急停保护等)；完善的机组报警信息，所有信息日志化，详细记录系统状态及电源管理功能；整机协调控制，包括转速控制、功率控制、变桨控制、振动监控等协调控制算法具备远程通讯功能，提供运行、调试、维护界面，支持权限管理功能。风力发电机组控制器是整个风力发电机组安全可靠运行的核心，其控制技术是风力发电机组的关键技术之一。控制器与风力发电机组的其余各部分密切相关，是风力发电机组运行的大脑，是整个机组正常运行以及实现最佳运行的可靠保证。}为了保证发电机组的安全运行，对控制器采取必要的雷害设计是不可缺少的工作。
　　
　　一　雷击造成的电力危害
　　
　　风力发电厂是我国发电厂的主要形式，其主要是利用自然界的风力来实现电能生产。由于风力发电厂运行暴露在自然界中，其正常运行时会受到自然界雷击的影响。不同程度的雷击给设备造成的损坏程度是不一样的，雷击造成的电力危害主要体现在：
　　1、降低效益。从当前电力行业的发展状况看，自然界雷击问题给风力发电机组带来的危害表现在安全生产上，如：设备安全、人员安全等，这些都给电力企业造成了较大的经济损失。此外，在设备维修上也会增加风力发电的成本，不利于电力企业长期的电能生产运行。
　　2、损坏设备。风力发电机组遭受外在雷击之后，最直接的则是对整个设备造成强电流刺激。若雷击电流过小，则一般只会对机组表面轻微损坏；若雷击电流过大，则容易破坏发电机组内部的线路连接情况，阻碍了机组的正常运行而破坏电力系统的正常性能发挥。
　　3、意外事故。安全生产是我国电力行业坚持的理念准则，但由于风力发电机组是野外作业，在运行期间电力人员会对发电机组进行维修处理，若受到雷电袭击很容易造成人员意外事故。此外，风力发电机组受到雷击破坏后整体性能下降，给安全生产也买下了隐患。
　　4、影响供电。电能是社会正常运行不可缺少的能源之一，是现代社会主义可持续发展的前提条件。雷击对发电厂造成损坏之后，电厂的电能生产则会中断一定的时间。此时会影响到电厂对城市或企业的正常供电秩序，给用电企业造成经济损失，对城市居民的正常生活也带来不便。
　　
　　二　控制器外部防雷设计
　　
　　风力发电机组外部结构是直接暴露在外的装置，在对风力发电机组控制器进行防雷设计时必须要充分考虑外围设备的保护，采取相关的措施进行保护处理。叶片、机舱、塔架等是风力发电机组的主要组成，设计师对于这些结构装置的安排应注重每个元件之间的协调性，保证控制器发挥最大的性能。其具体防雷设计方法为：
　　1、叶片。根据目前风力发电机组的运行状态看，这一部分的防雷设计主要是为了防止叶片受到雷击后出现膨胀、进裂等问题的损坏。因此，设计人员要对叶片的有接线严格把握，如：接闪器和敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导引线等，都是需要结合电厂需要严格设计的。
　　2、机舱。机舱在发电机组中的作用是与叶片相连，构成一个完整的机组运行体系来帮助电力生产。而机舱实际上还与机舱顶上的避雷棒之间互为整体，这有助于避雷棒对机组发挥更好的保护作用，对风速计和风标也能起到很好的防范效果，大大降低了雷击事故的发生率。
　　3、塔架。设计时要注意塔架自身结构的稳定性，保证塔架和引下线之间的连接方式正确。为发电机组配合合适的引下线连接机舱和塔架，然后利用接地线把机舱、偏航刹车盘彼此连接起来。运用这样的结构体系可以利用引下线将雷电导人大地，避免机组受到雷击损坏。
　　4、接地网。接地网可以保证控制器与其它装置有效的连接，在机组正常运行时发挥出理想的保护作用。接地网的使用要根据具体情况而定，若风机放置在高地电阻区域则接地网需确保地电阻达到实际运用标准。接地网可对风力发电机组的雷击情况及时监测，出现异常后及时处理。
　　
　　三　控制器内部防雷设计
　　
　　除了对机组外部结构进行防雷外，内部结构也是构建防雷体系时需要关注的的问题，只有内外相互结合才能为控制器创造良好的运行环境。内部防雷设计需注意各个结构之间的搭配，让每个元器件之间都能相互协调运行。在内部防雷设计时也要注意相关方面的事项，以保证设计效果。一般情况，内部防雷具体设计方案包括：
　　1、电位连接。等电位连接是内部防雷设计的重点，具体措施包括：风速计、风标、避雷针之间的连接；机舱内各个元器件的连接，如：主轴承、发电机、齿轮箱、液压站等等。在等电位连接中要控制好不同的接线，让各个线路都能负责好自身的运行状况。
　　2、电流隔离。由于受到雷击后整个风力发电机组最直接的危害则是强电流袭击，根据这一情况对机组进行电流隔离则是一种很好的防雷设计。如：保持机舱上的处理器、地面控制器之间的良好通信，电缆连接运用光纤完成；结构上让处理器和传感器相互分离供电。
　　3、保护设备。保护设备多数是过电压保护设备，其主要安装于发电机、开关盘、控制器模块等等，通过对元器件的有效保护来达到理想的防雷效果。如：对避雷器、压敏块电阻采取的过电压保护，这些方式对设备的使用性能或安全运行都有很好的维护作用。
　　4、注意事项。在设计控制器防雷方案时必须要把握好各元器件的质量，避免设备自身问题引起雷击事故。如：所用的防雷器设备必须要经过质量检查，防止质量、性能不合格。设计结构组合方案时也要配备相应的操作标准，技术人员要时刻关注保护模块窗口的工作状态。
　　
　　四　结论
　　
　　综上所言，风力发电机组是整个风力发电厂的核心装置，对我国电力系统的正常运行有着重要的影响。发电厂在制定生产计划时要注重发电机组控制器的防雷设计，从内部、外部等角度去综合考虑防雷结构安排，为发电机组创造良好的运行环境。雷电事故的处理效率对发电厂的经济效益、生产秩序、设备运行都有着很大的影响。

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