CN201854023U - 一种风力发电机组防雷系统 - Google Patents
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Abstract
一种风力发电机组防雷系统，包括三个接闪器、导电环、碳刷导电检测装置、电压辅助接地极、电流辅助接地极、第一、第二、第三塔底接地点、等电位汇流排和避雷针，风力发电机组的三个叶片的叶尖分别安装有三个接闪器，三个接闪器分别通过电缆与轮毂铸件连接，风力发电机组的轮毂铸件上安装有导电环，三个碳刷的一端分别与导电环紧密接触，三个碳刷的另外一端分别与风力发电机机舱内的金属架连接，金属架与碳刷导电检测装置连接，金属架通过电缆连接到等电位汇流排上，第二塔底接地点和第三塔底接地点分别与等电位汇流排连接，第一塔底接地点与风力发电机组塔底柜接地点连接。本实用新型具有操作简易、维护量小、稳定性高的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种防雷系统，具体涉及一种风力发电机组防雷系统。
背景技术
雷电是自然界中一种极其常见的自然现象，每个季节都可能出现，尤以夏季出现的频率最高。雷电是一种具有极强破坏力的自然现象，它能够造成建筑物倒塌、起火和人员伤亡，给人类的生产生活带来了很大的影响。由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径随着增高，相对的也增加了被雷击的风险，雷击成了自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。例如，红海湾风电场建成投产至今发生了多次雷击事件，据统计，叶片被击中率达4％，其他通讯电器元件被击中率更高达20％。
现在国内一般采用成套的电气防雷系统，当发生雷击事件时，防雷系统能自动切断电路，将电路接地，把巨大的浪涌导入地中。叶片本身也有引雷系统，通过叶尖部分金属环将雷电引入地中。我们要做的就是如何将这些系统与地连接，如何保证其可靠性。国内的风力发电机组防雷系统大都存在如下问题：
(1)接地系统没有考虑冗余设计，稳定性不高，容易导致防雷系统与接地系统之间发生虚接；
(2)没有检测碳刷磨损的装置，当碳刷和导电环接触不良时接地电阻很大；
(3)没有电压辅助接地极和电流辅助接地极，不能准确的测量接地电阻。
发明内容
针对上述问题，本实用新型目的在于提供一种风力发电机组的防雷系统，当发生雷击事件时，能够通过良好的电气连接，选择适宜的防雷保护器件将雷电引入大地。
其技术解决的方案为：
包括三个接闪器、导电环、碳刷导电检测装置、电压辅助接地极、电流辅助接地极、第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点、等电位汇流排和避雷针，风力发电机组的三个叶片的叶尖分别安装有三个接闪器，三个接闪器分别通过电缆与轮毂铸件连接，风力发电机组的轮毂铸件上安装有导电环，三个碳刷的一端分别与导电环紧密接触，三个碳刷的另外一端分别与风力发电机机舱内的金属架连接，金属架与碳刷导电检测装置连接，碳刷导电检测装置与滑环连接，滑环与风力发电机组的轮毂铸件连接，金属架通过电缆连接到等电位汇流排上，等电位汇流排分别与避雷针、风力发电机组的上塔筒、发电机、风力发电机组的齿轮箱、风力发电机组的主控柜的外壳、风力发电机组的水冷柜的外壳、风力发电机组的变频器柜的外壳连接；所述的第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点、电压辅助接地极和电流辅助接地极分别与大地连接，第二塔底接地点和第三塔底接地点分别与等电位汇流排连接，第一塔底接地点与风力发电机组塔底柜接地点连接；电压辅助接地极和电流辅助接地极之间没有金属连接，并且相互距离大于等于5米；电压辅助接地极和电流辅助接地极与第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点也没有金属连接，并且电压辅助接地极和电流辅助接地极分别与第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点相互距离大于等于5米。
本实用新型根据对不同电磁兼容性保护区的划分和应用SPD的原理，对电源系统、通讯信号线路与测控信号线路进行分级保护，并具有操作简易、维护量小、稳定性高的优点。
附图说明
图1为风力发电机组防雷系统连接示意图；
图2为碳刷与导电环的连接示意图；
图3为等电位汇流排的连接与外围设备的连接示意图；
图4为接地体连接；
其中1、接闪器，2、风力发电机组的轮毂铸件，3、导电环，4、碳刷，5、金属架，6、滑环，7、碳刷导电检测装置，8、等电位汇流排，9、水冷柜，10、变频器柜，11、风力发电机组的上塔筒，12、第三塔底接地点，13、第一塔底接地点，14、塔底柜接地点，15、电压辅助接地极，16、电流辅助接地极，17、避雷针，18、发电机，19、齿轮箱，20、主控柜，21、第二塔底接地点。
具体实施方式
根据说明书附图进一步说明：
实施例1
一种风力发电机组防雷系统包括三个接闪器、导电环、碳刷导电检测装置、电压辅助接地极、电流辅助接地极、第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点、等电位汇流排和避雷针，其特征在于：风力发电机组的三个叶片的叶尖分别安装有三个接闪器，三个接闪器分别通过电缆与轮毂铸件连接，风力发电机组的轮毂铸件上安装有导电环，三个碳刷的一端分别与导电环紧密接触，三个碳刷的另外一端分别与风力发电机机舱内的金属架连接，金属架与碳刷导电检测装置连接，该金属架还连接了风力发电机组内容易遭受雷击的一些金属部件，碳刷导电检测装置与滑环连接，滑环与风力发电机组的轮毂铸件连接，金属架通过电缆连接到等电位汇流排上，等电位汇流排的H点、G点、A点、B点、C点、D点、E点依次分别与避雷针、风力发电机组的上塔筒、发电机、风力发电机组的齿轮箱、风力发电机组的主控柜的外壳、风力发电机组的水冷柜的外壳、风力发电机组的变频器柜的外壳连接；所述的第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点、电压辅助接地极和电流辅助接地极分别与大地连接；第二塔底接地点和第三塔底接地点经过风力发电机组塔筒内的两条线路分别与等电位汇流排的I点、J点连接，这样做是为了冗余设计，同时减小了接地电阻，降低了叶片遭受雷击的概率；第一塔底接地点与风力发电机组塔底柜接地点连接；电压辅助接地极和电流辅助接地极之间不能有金属连接，并且相互距离大于等于5米；电压辅助接地极和电流辅助接地极与第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点也不能有金属连接，并且电压辅助接地极和电流辅助接地极分别与第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点相互距离大于等于5米。
碳刷导电检测装置是一个电阻测量装置，是通过输出恒定电流，施加于被测体，并测量恒定电流流过被测体产生的电压降，然后通过电压值与电流值之比，得出被测体的电阻值。该装置将轮毂铸件和碳刷之间的电阻值发给风机主控系统，当电阻值大于6Ω时主控系统发出碳刷失效报警。由于轮毂和机舱相对转动，所以该装置的线路必须通过滑环。
避雷针用来保护机舱上面风速仪和风向标。
本实用新型的原理在于：
1、等电位汇流排接地考虑了冗余设计，也就是分三路接地，其中两路与地基上的接地体连接，一路接在塔筒上，因为塔筒也是导体并且与地相连，降低了遭受雷击的几率。
2、考虑了检测碳刷磨损的装置，通过检测碳刷和轮毂之间的电阻值是否接近零来得知碳刷是否与轮毂接触良好。由于风机工作时轮毂与机舱相对转动，所以检测装置一端与碳刷接触，另一端必须通过滑环来和轮毂接触。
3、为了保证测量接地电阻的准确性，塔底需要配备电压辅助接地极和电流辅助接地极，并且这两个接地极与其它接地极之间的距离分别大于等于5米，同时这两个接地极之间的距离大于等于5米。
实施例2
在塔底的控制柜内主进线安装B+C级SPD。在机舱内发电机的前端安装的三个C级防雷器VAL-MS 500，它采用“3+0”的保护模式，可以达到泄放每相20KA(8/20μs)浪涌电流的能力，并将残压限制在小于2.5KV。在塔底控制柜中UPS的单相220VAC电源输出端和机舱控制中UPS的输入端分别安装一套C级电源防雷器VAL-MS 230/1+1。在塔筒主开关柜230/400VAC电源输出端和机舱的控制柜的进线处在三L-N线之间和N-PE间安装一大套C级电源防雷器VAL-MS 230/3+1。可以达到泄放每相20KA(8/20μs)浪涌电流的能力，并将残压限制在＜1.35KV。这就可以使得当雷击发生时串入的雷电流被有效的泄放并将过压限制的用电设备允许的范围内。在机舱控制柜内三相400/690V供电线路进线侧安装三只VAL-MS500防雷器。用以保护从塔底主开关柜上供来的电源线。在机舱内部控制柜内PLC或开关电源前分别加装一只D级电源防雷器PT 2-PE/S-230AC。用以对开关电源进行三级保护。对于从主控柜到整流器的1000VDC直流母线，可以在整流器输出侧和变频器输入侧关联加装由两只VAL-MS 500和一只FLT 50N/PE组成有全保护模式进行保护。由机舱控制柜输出到轮毂控制柜内的400/690V配电线路。可以在轮毂控制柜内并联加装三只VAL-MS 500进行保护。对于经LPZO区进入LPZ1区的通讯信号线路，必须在线路的两端终端设备处中装信号防雷器。对于从LPZO区进入LPZ1区的测控信号线路，如在机舱外部的风向标、风速仪、加热器和环境温度传感器的线路，可采用PT 1X2-24DC(模拟量信号)和PT2X1-24DC(开关量信号)安装在控制柜内进行保护。
Claims (1)
1.一种风力发电机组防雷系统，包括三个接闪器、导电环、碳刷导电检测装置、电压辅助接地极、电流辅助接地极、第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点、等电位汇流排和避雷针，其特征在于：风力发电机组的三个叶片的叶尖分别安装有三个接闪器，三个接闪器分别通过电缆与轮毂铸件连接，风力发电机组的轮毂铸件上安装有导电环，三个碳刷的一端分别与导电环紧密接触，三个碳刷的另外一端分别与风力发电机机舱内的金属架连接，金属架与碳刷导电检测装置连接，碳刷导电检测装置与滑环连接，滑环与风力发电机组的轮毂铸件连接，金属架通过电缆连接到等电位汇流排上，等电位汇流排分别与避雷针、风力发电机组的上塔筒、发电机、风力发电机组的齿轮箱、风力发电机组的主控柜的外壳、风力发电机组的水冷柜的外壳、风力发电机组的变频器柜的外壳连接；所述的第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点、电压辅助接地极和电流辅助接地极分别与大地连接，第二塔底接地点和第三塔底接地点分别与等电位汇流排连接，第一塔底接地点与风力发电机组塔底柜接地点连接；电压辅助接地极和电流辅助接地极之间没有金属连接，并且相互距离大于等于5米；电压辅助接地极和电流辅助接地极与第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点没有金属连接，并且电压辅助接地极和电流辅助接地极分别与第一塔底接地点、第二塔底接地点、第三塔底接地点相互距离大于等于5米。
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