CN205089532U - 一种风力发电机组防雷系统及含有该系统的风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风力发电机组防雷系统及含有该防雷系统的风力发电机组，防雷系统包括风力发电机组的接收雷击部、与所述接收雷击部连接的防雷接地装置、用于与风力发电机组内电气设备连接的保护接地装置，所述防雷接地装置、保护接地装置分开设置，通过上述设置从根本上解决了雷击电流反击造成的设备损坏，同时本实用新型对风力发电机组的接受雷击部进行多方位设计，可将雷电流快速引入大地，保护了风力发电机组在多雷区的安全稳定运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电机组防雷技术领域，特别是涉及一种风力发电机组防雷系统及含有该系统的风力发电机组。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。近年来随着风电行业的不断发展，风力发电机组逐渐向着大型化趋势发展，高度从之前的几十米达到现今近百米，其遭受雷击的概率越来越高，在多雷地区尤为严重。当风机遭受雷击时，如果没有安全完善的防雷系统，将对整机及其零部件造成不可逆的电气及机械损害，缩短机组使用寿命，大幅度增加运行成本，因此如何设计风机防雷系统、降低机组雷击损失成为了整机设计中尤为重要的一个环节。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种可降低风力发电机组雷击损失的风力发电机组防雷系统及风力发电机组。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种风力发电机组防雷系统，包括风力发电机组的接收雷击部、与所述接收雷击部连接的防雷接地装置、用于与风力发电机组内电气设备连接的保护接地装置，所述防雷接地装置、保护接地装置分开设置。
作为进一步地改进，所述防雷接地装置包括防雷接地铜排及与所述防雷接地铜排连接的防雷接地引下线；所述保护接地装置包括保护接地铜排及与所述保护接地铜排连接的保护接地引下线。
进一步地，所述风力发电机组的接收雷击部包括避雷针、机舱罩屏蔽网以及含金属部的风机叶片叶尖中的一个或多个。
进一步地，所述避雷针用于通过绝缘支架安装在风力发电机组的测风装置上。
进一步地，所述风机叶片叶尖为全金属叶尖。
进一步地，所述金属为铝。
进一步地，所述风机叶片叶尖的金属部通过防雷碳刷连接防雷接地装置。
进一步地，所述机舱罩屏蔽网预埋于机舱罩内。
一种风力发电机组，含有上述的防雷系统。
通过采用上述技术方案，本实用新型至少具有如下有益效果：
1、通过将防雷接地装置、保护接地装置分开设置，相当于防雷接地通道与接地保护通道分开设置，从根本上解决了雷击电流反击造成的设备损坏，保护了风力发电机组在多雷区的安全稳定运行。
2、接收雷击部采用避雷针、机舱罩屏蔽网以及含金属部的风机叶片叶尖中的一个或多个，可将雷电流快速引入大地。
3、避雷针通过绝缘支架安装在风力发电机组的测风装置上，当风机遭受雷击时，能够快速传输雷电流，并避免雷电流流经时产生的高压对测风装置造成损坏。
4、风机叶片叶尖为全金属叶尖，加大了叶尖金属面积，增强了叶尖接收雷击能力，可将雷电流快速引入大地。
5、通过预埋设计屏蔽网，机舱形成等势体，一方面避免了电位差造成设备及人员伤害，另一方面能够大幅度削弱雷击电流产生的磁场对风机电气设备的影响，对风机内电气设备和控制系统起到保护作用。
附图说明
上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是本实用新型一种风力发电机组防雷系统的结构示意图；
图2是单支避雷针的保护范围图。
具体实施方式
本实用新型的一种风力发电机组防雷系统，包括风力发电机组的接收雷击部、防雷接地装置、保护接地装置，主要采用防雷接地装置(相当于防雷接地通道)与保护接地装置(相当于接地保护通道)分开设置的方式，从根本上解决了雷击电流反击造成的设备损坏，同时对风力发电机组的接受雷击部进行多方位设计，可将雷电流快速引入大地，保护了风力发电机组在多雷区的安全稳定运行。
具体参考图1所示，风力发电机组的接收雷击部包括含金属部的风机叶片叶尖1、避雷针2、机舱罩屏蔽网7(其中机舱罩包括轮毂罩)，可以是其中的一个或多个，优选多个；风机叶片叶尖优选为全金属铝叶尖，通过将现有常用的玻璃钢叶尖变为铝叶尖，增强了叶片的接闪能力；机舱罩屏蔽网7预埋于机舱罩内。防雷接地装置包括防雷接地铜排4及防雷接地引下线9；保护接地装置包括保护接地铜排8及保护接地引下线10。
上述防雷系统的具体连接关系为：
风机叶片叶尖1通过通过防雷碳刷3连接防雷接地铜排4；避雷针2通过绝缘支架安装在风力发电机组的测风装置上，避雷针2连接防雷接地铜排4；机舱罩屏蔽网7连接连接防雷接地铜排4；防雷接地铜排4连接防雷接地引下线9，最后将雷电流接入大地。
风力发电机组内电气设备5的保护接地连接保护接地铜排8，保护接地铜排8连接保护接地引下线10，风力发电机组的塔筒底部的电气设备6直接连接保护接地引下线10。
上述防雷接地铜排4及保护接地铜排8分别安装于机舱顶部支架两侧。防雷接地铜排4通过绝缘柱安装在机舱顶部支架，将雷击电流通过防雷接地引下线9引入大地；电气设备5、6的保护接地通过保护接地引下线10引入大地。分开设计的最大优点在于，避免了雷击大电流瞬间产生的高压对风机设备造成损伤，保障机组安全运行，延长机组寿命起到至关重要的作用。
在上述实施例中，避雷针通过绝缘安装可对风电机组的测风装置进行保护，并按照相关标准设计避雷针。
配合图2所示，根据折线法，单支避雷针的保护范围图及公式如下：
当hx≥h/2时，Rx＝(h-hx)×p(1)
当hx＜h/2时，Rx＝(1.5h-2hx)×p(2)
式中：Rx——避雷针在hx平面上的保护范围半径(m)；
h——避雷针高度(m)；
p——高度影响系数。
当h＜30m时，p＝1；30＜h≤120m时，
为防止雷电流流经防雷接地引下线和接地装置时产生的高电位对附近金属物或电气和电子系统线路的反击，金属物或线路与防雷接地引下线之间的间隔距离按下式计算：
Sa3≥0.06×kc×Ix
式中：Sa3——空气中的间隔距离；
kc——雷电流分流系数，kc＝1
lx——引下线计算点到连接点的长度(m)
避雷针由热镀锌圆钢制成，避雷针支架绝缘材料设计，可自由调节避雷针伸出高度。
上述实施例中，机舱罩采用屏蔽网设计，屏蔽网通过引下线连接到防雷接地铜排。
网格间距尺寸的大小决定了屏蔽网格保护空间范围。
依据公式计算不同网格间距的安全距离:
SF＝20*log(8.5/w)；
当SF≥10时ds/1＝wSF/10；
当SF＜10时ds/1＝w；
式中：w——格栅形屏蔽的网格宽(m)；
SF——屏蔽系数(dB)；
ds/1——安全距离(m)；
网格间距决定了磁场强度衰减能力，按下式计算：
在闪电击于空间屏蔽以外附近的情况下，当无屏蔽时所产生的无衰减磁场强度，按下式计算：
H0＝i0/(2πSa)
式中：H0——屏蔽时所产生的无衰减磁场强度(A/m)；
i0——最大雷电流(A)；
Sa——雷击点与屏蔽空间之间的平均距离(m)。
当有屏蔽时，屏蔽内的磁场强度应按下式计算：
H1＝H0/10SF/20
式中：H1——格栅形大空间内的磁场强度(A/m)
上述防雷系统可适用于风力发电机组，尤其适用于2.5MW及以上永磁直驱风力发电机组防雷，能够迅速将雷击电流引入大地，并避免雷电流反击造成设备损坏，从而保证机组在多雷区安全稳定的运行。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (9)
1.一种风力发电机组防雷系统，其特征在于，包括风力发电机组的接收雷击部、与所述接收雷击部连接的防雷接地装置、用于与风力发电机组内电气设备连接的保护接地装置，所述防雷接地装置、保护接地装置分开设置。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组防雷系统，其特征在于，所述防雷接地装置包括防雷接地铜排及与所述防雷接地铜排连接的防雷接地引下线；所述保护接地装置包括保护接地铜排及与所述保护接地铜排连接的保护接地引下线。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机组防雷系统，其特征在于，所述风力发电机组的接收雷击部包括避雷针、机舱罩屏蔽网以及含金属部的风机叶片叶尖中的一个或多个。
4.根据权利要求3所述的风力发电机组防雷系统，其特征在于，所述避雷针用于通过绝缘支架安装在风力发电机组的测风装置上。
5.根据权利要求3所述的风力发电机组防雷系统，其特征在于，所述风机叶片叶尖为全金属叶尖。
6.根据权利要求5所述的风力发电机组防雷系统，其特征在于，所述金属为铝。
7.根据权利要求3所述的风力发电机组防雷系统，其特征在于，所述风机叶片叶尖的金属部通过防雷碳刷连接防雷接地装置。
8.根据权利要求3所述的风力发电机组防雷系统，其特征在于，所述机舱罩屏蔽网预埋于机舱罩内。
9.一种风力发电机组，其特征在于，含有权利要求1-8任一项所述的防雷系统。
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