CN102916345B - 小型风电场直击雷完全防护的方法及装置 - Google Patents

Abstract

<u>本发明提出了小型风电场一种完全屏蔽防护直击雷的方法和装置。针对应用日益广泛的小型风力发电</u><u>装置雷击几率高和防雷能力薄弱现状，运用传统避雷针装置，服务于“拒雷于机身之外”的现代防雷理念。</u><u>具体言之，就是采用计算和作图相结合的方法、运用单元正方形概念，计算设置避雷针数量，考虑风电场</u><u>引雷效应所产生的等值受雷面积，引进修正系数增加避雷针高度，正确调整避雷针相互距离与避雷针高度</u><u>比例关系，装设焊接钢管分节联接的组合式结构的避雷针针体，最终形成以风电场机组为保护核心、风电</u><u>场等值受雷地面完全屏蔽以及“母子座”、“双子座”和“三星座”等联合保护范围为安全通道的直击雷立</u><u>体多重防护系统。</u>

Description

小型风电场直击雷完全防护的方法及装置

技术领域

本发明涉及户外可再生能源装置的直击雷保护，具体来说，尤涉及山区河谷小型风电场及其风力发电机组一种直击雷完全防护的方法及装置。

背景技术

风电机组作为地面上高耸突出的发电物体，日夜暴露在大气环境之中，空阔旷野之上，遭受直接雷击是“司空见惯”，有的相对雷击几率甚至高达300％。遭受雷击时，放电雷电流释放出的巨大能量将对风电机组的桨叶、传动装置、发变电设备、变流装置、电子设备和计算控制系统造成严重破坏，并对接近风电场人员构成生命威胁。

随着小型可再生能源在广大农村山区应用日益广泛，这种破坏和威胁，也如影相随，同步增加。而当今风电机组的防雷，从思路到装置，都仍沿用传统方法，即在机组突出部位装设避雷针、避雷带等接闪器(如在桨叶叶尖部嵌装金属圆盘、桨叶表面镶嵌金属网带、在机组舱尾部安装避雷针等)，然后在机组内部装设引下线导体，使遭受雷击时的雷电流经风轮叶根部轮毂，传动轴和塔筒等最终泄入大地(见图1)。

这种“引狼(雷)入室”的防雷思路和方法，带来的后果是每一次雷击，都会对本应被保护的机组构成一次威胁。事实证明，雷击机理十分复杂，雷电流一旦进入机身，是不会按照人们主观意图流通的，而是可通过塔顶至塔底多条途径肆意流过，雷电流泄放时所带来的暂态电位抬高、电磁感应和雷电反击，将对机组机电设备和电子装置乃至人身安全带来极大威胁。不仅如此，通过机身电气、电子设备和线路，直击雷电波还会转化为雷电侵入波进入地面变电设备、控制装置，导致次生雷击，可能祸及整个电力网络。

此外，露天旷野中一个个突兀挺立的风电机组，在风雨雷电交加时，就是一支支引雷针，风电场此时就有可能成为雷电场，各个机组利用自身、各防顶上雷的做法，也极易被老天爷的雷电“各个击破”，无法保障整个风电场在雷电灾难天气时设备和人身的安全。

为此，本发明对于风电设备，特别是应用日益普遍，分布日益广泛的小型风电场及其中的小型风电机组，从它们遭受雷击机会较多和防雷能力相对薄弱的现状出发，运用传统的避雷针装置，服务于“拒雷于机身之外”的现代防雷思路和方法，对极易遭受直击雷的小型风电场及其风电机组，乃至于地面实行全屏蔽保护。

发明内容

本发明涉及小型风电场及其风电机组完全防护直击雷的一种方法及装置。其特征是根据“拒雷于机身之外”的原则思路，针对山区河谷小型风电场中风电机组特有的安装排列位置，采用折线法计算与作图法相结合，运用单元正方形概念，设置独立避雷针，将机组对行排列的风电场划分若干个正方形单元小块，每个单元正方形的中心点就是避雷针安装点，其最低高度要保证处于单元正方形四角的四个机组在其完全屏蔽保护范围之内，在此基础上，应用旷野突出构建物引雷效应理论，在系数为1.2～1.6范围内修正初选避雷针高度，实现风电场等值受雷面积内直击雷的完全屏蔽防护，进而加强以风电机组为中心的保护。

气象实践和理论都证明，山区河谷，尤其是构筑小水电站的峡口水面，盛行“山谷风”，白天为山谷吹向山坡的“谷风”，夜间相反，为山坡吹向谷口的“山风”，故风电场中小型风电机多采用对行排列(见图2)，考虑风速、风向变化，地形环境特点，特别是防止尾流效应，相邻机组间隔一般选定在(5～7)d(d为风轮直径)范围内。

风电场直击雷的完全屏蔽防护，可通过避雷针的设置和联接装置来实现，其特征是，对任一风电机组对行排列的风电场，均可从中划分出若干个以避雷针为中心，风电机组各居四角的正方形单元(见图2)，每一单元以1∶4比例装设避雷针，机组数为4n，其中n为正整数，避雷针数为n；机组数为4n+1/4n+2/4n+3，避雷针数为n+1；避雷针高度，用折线法初选h_min，再考虑突出构建物在旷野中的引雷效应，在系数1.2～1.6范围内修正增加针高，直至风电场等值受雷面积内得到完全屏蔽保护，并进而加强风电机组的重点保护。

为适应山区地形复杂、气候多变环境，加强对直击雷的屏蔽防护效果，其特征是避雷针相互距离与针高之比D/h＜4条件下，可实现联合保护，相邻等高避雷针，组成“双子座”保护；相邻不等高避雷针，组成“母子座”保护；三支成鼎足之势的避雷针，组成“三星座”防护，这些“星座式”保护，可在风电场形成若干具有一定宽度和高度的防雷安全通道，由此建立以风电机组为保护核心、风电场等值受雷地面完全屏蔽及具有联合保护安全通道的直击雷立体多重防护体系。

所配置避雷针的特征是，高度要比滚球法、折线法的计算高度多出20％～60％，作为接闪器的避雷针须经现场勘探、精细计算和加工成型后在现场组装，组合式结构的避雷针针体为自上而下、采用公差外径连续递增的焊接钢管分节联接，上节钢管插入大一号的下节钢管370～530mm，从距节头50～60mm处开始，每隔120～130mm，采用ф12或ф16电焊钉，空间相互垂直穿钉焊接4处，端头焊固，焊牢处长、宽、高尺寸分别不小于30mm、16mm、10mm，最后将所联接钢管节点处四周搭接焊牢(见图10-a、b及其附表1、2)。

为计算方便，假设风电场风电机组型号、规格及外形尺寸都相同(实际也常属这种情况)。此外，考虑小型风电场单台机组功率多是50KW以下，风轮直径和塔架(杆)高度多在20m以内，避雷针设计安装高度均不会超过60-70m，故采用长期实践验证可靠的折线法计算。

1、机组总高H计算

H＝h₁+d/2(m)

式中：h₁-风电机组塔架(杆)高度(m)；

d-风轮直径(m)。

2、求取机组高H平面保护直径r_H

采用单元正方形作图与计算结合法，求取机组高H平面的保护半径r_H。即对任一对行排列机组的小型风电场，均可从中划分出若干以避雷针为中心，四个风电机组占4角的单元正方形(见图3)。每个单元正方形以1∶4比例装设避雷针。

$r_H=\frac{1}{2}\sqrt{a^2+a^2}=\frac{\sqrt{2}}{2}a\left(m\right)$

式中：a为机组间距，也是单元正方形的边长，一般选定a＝(5～7)d。

要强调的是，按上述公式算出的r_H还必须符合直击雷完全防护的附加要求，即避雷针与机组塔杆最小平行间距L_min要满足下式条件：

r_H＞L_min＝L_A+5(m)

式中：L_A为风电机组机身长度(m)；

5m为避雷针与机组要求相距最小距离，目的是当避雷针引来直击雷电泄流时，它在所保护机组及其线路上产生电磁感应、雷电反击和接地高电位的危害被限制在安全范围之内，从而保证运行人员、风电机组、线路网络和电力电子器件的安全。

3、确定避雷针最低要求高度h_min

采用折线法，单支避雷针的保护范围可看作是一折线圆锥形(图3)。从针的顶点向下作45°斜线，构成圆锥形的上半部；从距针脚1.5倍针高处向上作斜线与前一斜线在针高二分之一处相交，交点以下构成圆锥形的下半部。其地面上的保护半径r按下式确定：

r＝1.5h

若H≥h/2，有经验公式：

$h_{\min }=\frac{r_H}{K}+H=\frac{\sqrt{2}a}{2K}+H\left(m\right)$

式中：h_min-避雷针初选最低高度(m)；

K-为避雷针高度影响系数，h＜30m，K＝1；30m＜h≤120m，

若H＜h/2，有经验公式：

$h_{\min }=\frac{2r_H}{3K}+\frac{4}{3}H=\frac{\sqrt{2}a}{3K}+\frac{4H}{3}\left(m\right)$

4、风电场等效受雷面积的计算

如图4所示，风电场等效受雷面积Se计算如下：

Se＝AB+2(A+B)R+πR²(m²)

式中：A、B为风电场的长和宽(m)；

R-风电场因机组高度H引雷效应而每边扩展的有效受雷宽度(m)；当机组高度H小于100m时，其扩展宽度

$R=\sqrt{H(200-H)}\left(m\right)$

(此公式根据GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》附录A)

从上述Se公式可知，直击雷的完全防护应将扩展受雷面积2(A+B)R+πR²包括在屏蔽保护范围之内。

5、地面保护半径r确定，完全屏蔽防护地面保护初选半径

r＝1.5h_min

以单元正方形的中心为圆心，以r＝1.5h_min为半径画圆，凡是圆与圆没有相交的地方，即是没有受到直击雷屏蔽防护之处，则应扩大h，再以放大半径r＝1.5h画圆，直至没有空白处为止。根据避雷针

折线法工程计算经验公式的反复运用和防雷实践长期摸索，h_min增加系数在1.2～1.6范围内变化，可达到风电场完全屏蔽之效果。

6、双支等高避雷针“双子座”联合最小保护宽度b_min计算

两支等高避雷针的保护范围如图5所示。两针外侧保护范围按单支避雷针确定；两针之间的保护范围按连接两针顶点A、B及中点O的圆弧确定。O点的高度h_O按下述经验公式确定：

$h_O=h-\frac{D}{7K}$

式中：D为两针之间的距离。

两针之间H水平面上最小保护宽度的一半b_min按下式确定：

b_min＝1.5(h_O-H)

当两针之间距离增大至D＝7hK时，h_O＝0，构不成双支联合保护。一般情况下，两针之间距离与针高之比D/h不宜大于5。

但必须注意：1)在多雷、高雷或强雷地区的风电场，D/h不宜大于4；

2)b_min不得大于r_H

3)要发挥双支联合保护作用，即使被保护物高度为零(如地面)，两支间的距离也必须D＜7Kh

7、双支不等高避雷针“母子座”联合保护最小宽度b_min计算

两支不等高避雷针的保护范围如图6所示，其外侧保护范围按单针确定；在高针A靠近低针B一侧，找出与B等高的等效避雷针顶点A′。内侧高针附近A与A’之间的保护范围也按单针确定；A’与B之间的保护范围按两支等高避雷针确定，其最低保护点高度

$h_O=h_B-\frac{D^{,}}{7K}$

b_min＝1.5(h_O-H)

式中：h_B-较低避雷针的高度；

D’-避雷针与等效避雷针之间的距离。

8、三支避雷针“三星座”联合保护范围的计算

三支等高避雷针在H平面上的保护范围如图7所示。以三针为顶点的三角形外侧保护范围仍按单支和双支避雷针确定；其内侧保护范围则按双支避雷针确定。

四支及以上等高避雷针的保护范围可以分成两组或几组三支等高壁雷针，再按三支等高避雷针的保护范围确定。

9、作图法与计算法相结合，绘出风电场直击雷屏蔽防护立体剖面图

应用本发明的直击雷防护方法和装置，能使风电场地面得到完全有效屏蔽保护，使之地面地下设备、管道和线路不致受到雷电侵袭和干扰。但在雷雨天气中，人站其中或平时安置地面具一定高度的电气设备，它们所处的具体位置与受到保护程度却是有很大差异的，这点对风电场运行人员和安装设备、线路的安全至关重要，为此，可绘出若干不同空间平面风电场直击雷防护屏蔽立体剖面图，供防雷参考使用，具体可见实例1和2。

避雷针防雷装置的圆钢及焊接钢管均应热镀锌，避雷针针尖、引下线及接地装置的材料、制作、装设及规范要求，均与普通避雷针相同，应完全符合(GB50057-94)《建筑物防雷设计规范》、(GB50007-2002)《建筑地基基础设计规范》、(GBJ135-90)《高耸结构设计规范》、(GB50343-2004)《建筑物电子信息系统防雷技术规范》、(GB50601-2010)《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》、(GB50169-1992)《接地装置施工及验收规范》以及[99D501-1]、[99(03)D501-1]、[99(07)D501-1]《建筑物防雷设施安装》、[03D501-4]《接地装置安装》、[86D565]《独立避雷针》等常用电气装置标准及安装图集的要求。

若考虑夜间安全，需装设障碍标志灯等照明器具，要有可靠的供电电源，宜采用自动通断的控制装置，如以室外自然环境照明度为参量的光电控制。其中特别要注意的是，照明灯电源及控制线必须采用铠装或铅包电缆，或是穿入金属管的导线，并要直接埋入地中10m长度以上，才能允许与35KV及以下配电装置的接地网相连接。如有条件，可按安全规定安装使用雷击记数器。考虑农村山区人们防雷观念和知识相对薄弱和缺乏，风电场四周应在等值受雷面积边际处竖立防雷、防电安全警示牌，并在避雷针及所有接地装置处装设隔离非金属栅栏，以保人畜距它们至少在3m范围之外。

附图说明

图1直击雷电流从机组塔顶到塔底的通泄路径

图2小型风电场中风电机组的对行排列(对应实施例1)

图3单支避雷针的保护范围(对应实施例1)

图中：a为机组间距；1#、2#、5#、6#为风电机组。

1-地面上的保护范围

2-H水平面上的保护范围

图4风电场的等效受雷面积(对应实施例1)

图中：O₁、O₂、O₃和O₄分别为1#、2#、3#和4#避雷针安装点

图5双支等高避雷针形成的“双子座”联合保护范围

图6双支不等高避雷针形成的“母子座”联合保护范围

图7三支避雷针形成的“三星座”联合保护范围

图8风电场直击雷立体防护完全屏蔽等效示意图(对应实施例1)

图中：1-风电场直击雷防护完全屏蔽等效地面

2-风电场等值受雷面积

3-风电机组防护直击雷的等效半径

4-“双子座”联合保护安全通道

长度单位：m

图9风电场及其机组直击雷立体防护示意图(对应实施例2)

图中：1-风电场直击雷防护完全屏蔽等效地面

2-风电场等值受雷面积

3-风电机组防护直击雷的等效半径

4-1、4-2、4-3为分别安装于O₁、O₂和O₃处避雷针构成“三星座”联合保护的“安全通道”。

对应实施例2

4-1：b＝39

4-2：b’＝37.5

4-3：b”＝35

r_O1＝70；r_O2＝76；r_O3＝76

r_H1＝39；r_H2＝41；r_H3＝41

R＝50

长度单位：m。

图10避雷针针体联接与各节尺寸组合图

(a)避雷针长度与各节尺寸组合图

(b)避雷针针体联接节点焊接示意图

图10附表1避雷针长度与组合各节尺寸

图10附表2避雷针针体联接节点焊接尺寸表尺寸单位：mm

具体实施方式

[例1]今以图2所示机组对行排列的小型风电场为例，说明怎样实施直击雷完全屏蔽防护。

已知该风电场对行排列，安装有16台10KW、FD7-10K型风电机组，机组间距为5d，其直击雷屏蔽防护方案设计、计算和确定如下：

1、确定被保护机组极限高度H

H＝h₁+d/2＝12+7/2＝15.5≈16(m)

式中：h₁-风电机组塔高，查FD7-10K产品样本，h₁＝12m；

d-风轮直径，产品样本查得，d＝7m，

2、确定H水平面的保护半径r_H

按正方形单元设想，图2中1#、2#、5#、6#机组划成单元正方形，

$r_H=\frac{\sqrt{2}a}{2}=\frac{\sqrt{2}}{2}\&times;35\&ap;25\left(m\right)$

式中：a为单元正方形边长，据风电机组对行排列间距规定，定a＝5d＝35(m)

3、计算避雷针最低高度h_min

采用折线法计算，先假定

H≥h/2，试用经验公式

h_min＝25/K+H＝25+16＝41(m)

式中：K＝1

反过来仍用折线法核算，

因h_min＝41＞2H＝31(m)

故求出结果与所采取的系数K和采用的公式均不适用，说明要采取30m＜h≤120m的高度系数现换折线法另一经验公式为

r_H＝(1.5h-2H)K

$h=\frac{2}{3}(\frac{r_H}{K}+2H)=\frac{2}{3}(\frac{25\sqrt{h}}{5.5}+2H)$

$=\frac{500\sqrt{h}}{165}+\frac{62}{3}$

解此方程，得避雷针高度

h_min≈40(m)

两种公式算出结果非常相近，说明此处运用折线法计算出的数据是可靠的。

4、风电场等效受雷面积S_c计算

S_c＝AB+2(A+B)R+πR²

＝9a²+6aR+πR²

＝9×35×35+(35+35)×54+3.14×54²

≈42860(m²)

式中： $R=\sqrt{H(200-H)}\&ap;54\left(m\right)$

5、地面保护半径r的确定

用作图法，将避雷针高度从h_min＝40(m)增加至h＝56(m)，达到对风电场等效面积(42860m²)对直击雷完全屏蔽保护的目的(见图8)。

其扼要介绍如下：

用作图法可知，风电场完全屏蔽防护直击雷的地面半径r≈84(m)。

图中：O₁为第1正方形单元圆心，也是保护1#、2#、5#、6#机组避雷针的安装点。直角三角形O₁A₁B₁为算出避雷针完全屏蔽防护直击雷的计算△，直角边A₁O₁＝1/2a+1/2a＝a＝35(m)；A₁B₁＝1/2a+R＝35/2+54＝71.5(m)，以此求取地面保护半径

$r=\sqrt{{35}^2+{71.5}^2}=\sqrt{6737.25}$ $\&ap;84\left(m\right)$

而r＝1.5h

h＝r/1.5＝84/1.5≈56(m)

今对完全屏蔽保护加以核算，连结O₁E，延长至相交等效受雷圆弧点F

则 $O_{1}F=O_{1}E+\mathrm{EF}=\sqrt{{\left(\frac{a}{2}\right)}^2+{\left(\frac{a}{2}\right)}^2}+R=\frac{\sqrt{2}}{2}a+R$ $\&ap;24.85+54$ $\&ap;79\left(m\right)$

略小于r＝84(m)，完全屏蔽防护设想成立。

6、“双子座”双支等高避雷针联合保护最小宽度一半b_min计算。

假设o点高度h_o按下式确定：

$h_o=h-\frac{d}{7K}=56-\frac{70}{7\&times;0.73}\&ap;42\left(m\right)$

式中：h_o-为两针之间假设最低保护高度；

D＝2×35(m)，为两针间距离，

K-同前系数，此处取 $K=5.5/\sqrt{56}\&ap;5.5/7.5\&ap;0.73$

两针之间H高(即与机组等高)水平面上最小保护宽度的一半b_min为

b_min＝1.5(h_o-H)

＝1.5(42-16)

＝39(m)

而在避雷针高度从40m增高至56m后，H高平面保护半径也扩大为

r_H＝(1.5h-2H)K

＝(84-32)×0.73

＝38(m)

即b_min比r_H多出1m安全区。别小看这1米，若D值在允许范围内为较大值，则Δb＝b_min-r_H差值会更大，说明安全通道多重保护作用更显著。

这就是说，“双子座”联合保护在双针之间的机组，构建了一条宽达2×39＝78m的安全通道，其作用在风向变化，雷雨云层变幻莫测时更显重要，它为防护直击雷提供了不同侧位的多重保护。更为重要的是从图8可看到，16台机组同时得到了自己中心避雷针及相邻避雷针相互形成的大范围多重保护，其防雷安全系数是很高的。

[例2]有一小型水电站前河滩地，建造了一小型风电场，共有10台3000W、FD7-3000型风电机组，如图9排列，今计算和确定直击雷完全防护方案。

由于小型风电场机组单台功率较小，又处河谷滩地，仍采用较为成熟可靠的折线法计算和作图。

1、机组总高度H计算

H＝h₁+d/2＝8+7/2＝11.5(m)

为计算方便，H取值为12m。

式中：查产品样本h₁和d各为8和7(m)；

2、求取机组高度(12m)平面保护直径r_H

按照前述单元正方形和折线计算作图相结合的方法，本例机组为4n+2＝10，n＝2，避雷针根数可确定为n+1＝3根；

对照图9，避雷针安装点定在机组1、4连线中点O₁；2、3、5、6单元正方形中心O₂和7、8、9、10单元正方形中心O₃处。

据此，可分别求得1#、2#和3#号避雷针保护半径

r_H1＝1/2a＝17.5≈18(m)

$r_{H2}=r_{H3}=\sqrt{2}a/2=25\left(m\right)$

式中：a为单元正方形边长，也是机组间距，a＝5d＝35(m)。

3、计算避雷针最低高度h_min

采用折线法，先假定

H＞h_min/2，系数K＝1，试用经验公式

h_min＝25/K+H＝25+12＝37(m)

但已知H＝12m＜h_min/2，故应另换经验公式如下计算：

因为

r_H＝(1.5h-2H)K

得

$h_{\min }=\frac{2}{3}\&CenterDot;\frac{r_H}{K}+\frac{4}{3}H$

式中： $K=5.5/\sqrt{h_{\min }}$

对应r_H1＝18(m)，r_H2＝r_H3＝25(m)

解上列方程

可求出

h_1min≈28(m)

h_2min＝h_3min＝33(m)

4、风电场等效受雷扩展宽度R的计算

$R=\sqrt{H(200-H)}=\sqrt{12\&times;88}\&ap;50\left(m\right)$

(等效受雷面积Se计算省略)

5、风电场地面保护半径r的确定

1)1号避雷针

按照求得h_min＝28(m)

地面保护半径

r＝1.5h＝1.5×28＝42(m)

但按风电场等效受雷面积计算可知，完全屏蔽保护的地面半径应是

$r_{O1}={M0}_1=\sqrt{K{M}^2+K{O_1}^2}$

$=\sqrt{(\frac{a}{2}+R)2+K{O_1}^2}=\sqrt{{67.5}^2+{17.5}^2}$ $\&ap;70\left(m\right)$

$h_1=\frac{70}{1.5}\&ap;47\left(m\right)$

$r_{H1}=(1.5-2H)5.5/{\sqrt{h}}_1$

$=(1.5\&times;47-2\&times;12)5.5/\sqrt{47}$ $=39\left(m\right)$

2)2号避雷针

同样 $r_{O2}={\mathrm{MO}}_2=\sqrt{K{M}^2+K{O_2}^2}$

$=\sqrt{4556.25+1225}$

$=\sqrt{5781.25}$

$\&ap;76\left(m\right)$

$h_2=\frac{76}{1.5}\&ap;51\left(m\right)$

$r_{H2}=(1.5h_2-2H)5.5/{\sqrt{h}}_2$

$=(1.5\&times;51-2\&times;12)5.5\sqrt{51}$

$=(76.5-24)5.5/7.14$

$=52.5\&times;0.78$

$=41\left(m\right)$

3)3号避雷针

r_O2＝r_O3＝76(m)

h₃＝h₂＝51(m)

r_H3＝41(m)

6、“双子座”不等高避雷针联合保护最小宽度一半b_min计算

1)1-2号避雷针联合保护

假设O点高度h_O按下式确定：

h_O＝h₁-D’/7K＝47-48.5/7×0.8≈38(m)

式中：h₁(47m)＜h₂(51m)故取较低的1号避雷针高度h₁；

D’的求取见图6和图9，D’为1号避雷针与2号避雷针中划分出的等效避雷针之间的距离；

D’＝D-A’C＝O₁O₂-AC

＝(KO₁+KO₂)-(h₂-h₁)

＝(35/2+35)-(51-47)

＝52.5-4

＝48.5(m)

$K=\frac{5.5}{\sqrt{h}}=\frac{5.5}{\sqrt{47}}$ $=0.8\left(m\right)$

两针之间H高水平面上最小保护宽度一半为

b_min＝1.5(h_o-H)

＝1.5(38-12)

＝39(m)

2)2-3号为等高避雷针“双子座”联合保护

h_O’＝h₃-D”/7K＝51-14≈37(m)

式中：D”为3号避雷针与2号避雷针之间的距离；

D”＝O₂O₃

＝(2×35)

＝70(m)

$K=\frac{5.5}{\sqrt{51}}=0.77$

2、3号两针之间H高水平面上最小宽度一半

b’_min＝1.5(h_O’-H)

＝1.5(37-12)

＝37.5(m)

7、“三星座”联合保护的计算

1、2、3号避雷针除了分别形成1-2、2-3“母子座”和“双子座”联合保护外，三者可共同形成“三星座”联合保护，下面试计算如下：

在此主要计算1-3避雷针联合保护的问题，

h_O”＝h₃-D’”/7K＝47-15.5≈35(m)

式中： $D^{,,,}=O_1{O}_3-A^{,}C$ (参见图6和图9)

$=\sqrt{O_2{O_3}^2+O_1{O_2}^2}-(h_3-h_1)$

$=\sqrt{{70}^2+{52.52}^2}-(51-47)$

$\&ap;69\left(m\right),$ 为1与3号避雷针内假设等高避雷针的距离

$K=5.5/\sqrt{47}=0.81$

1、3号两针之间H高水平面上最小宽度一半

b”_min＝1.5(h_O”-H)

＝1.5×(35-12)

≈35(m)。

Claims (4)

1.一种小型风电场直击雷完全防护的方法，其特征是根据“拒雷于机身之外”的原则思路，针对山区河谷小型风电场中风电机组特有的安装排列位置，采用折线法计算与作图法相结合，运用单元正方形概念，设置独立避雷针，将机组对行排列的风电场划分若干个正方形单元小块，每个单元正方形的中心点就是避雷针安装点，其最低高度要保证处于单元正方形四角的四个机组在其完全屏蔽保护范围之内，在此基础上，应用旷野突出构建物引雷效应理论，在系数为1.2～1.6范围内修正初选避雷针高度，实现风电场等值受雷面积内直击雷的完全屏蔽防护，进而加强以风电机组为中心的保护。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，对任一风电机组对行排列的风电场，均可从中划分出若干个以避雷针为中心，风电机组各居四角的正方形单元(见图2)，每一单元以1∶4比例装设避雷针，机组数为4n，其中n为正整数，避雷针数为n；机组数为4n+1/4n+2/4n+3，避雷针数为n+1；避雷针高度，用折线法初选h_min，再考虑突出构建物在旷野中的引雷效应，在系数1.2～1.6范围内修正增加针高，直至风电场等值受雷面积内得到完全屏蔽保护，并进而加强风电机组的重点保护。

3.根据权利要求1所述方法，其特征是避雷针相互距离与针高之比D/h＜4条件下，可实现联合保护，相邻等高避雷针，组成“双子座”保护；相邻不等高避雷针，组成“母子座”保护；三支成鼎足之势的避雷针，组成“三星座”防护，这些“星座式”保护，可在风电场形成若干具有一定宽度和高度的防雷安全通道，由此建立以风电机组为保护核心、风电场等值受雷地面完全屏蔽及具有联合保护安全通道的直击雷立体多重防护体系。

4.根据权利要求2或3所述方法，其特征是，所配置避雷针的高度要比滚球法、折线法的计算高度多出20％～60％，作为接闪器的避雷针须经现场勘探、精细计算和加工成型后在现场组装，组合式结构的避雷针针体为自上而下、采用公差外径连续递增的焊接钢管分节联接，上节钢管插入大一号的下节钢管370～530mm，从距节头50～60mm处开始，每隔120～130mm，采用φ12或φ16电焊钉，空间相互垂直穿钉焊接4处，端头焊固，焊牢处长、宽、高尺寸分别不小于30mm、16mm、10mm，最后将所联接钢管节点处四周搭接焊牢。