風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷保護(hù)系統(tǒng)SPD 計(jì)算與選用

王柱WANG Zhu；胡元堃HU Yuan-kun；崔英CUI Ying；石霖SHI Lin

（中節(jié)能（陽(yáng)江）風(fēng)力發(fā)電有限公司，陽(yáng)江529500）

0 引言

在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷保護(hù)系統(tǒng)的選擇時(shí)，技術(shù)人員盡可能要選擇屏蔽水平高、接地強(qiáng)、等電位的電涌保護(hù)器來(lái)達(dá)到防護(hù)作用，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)屏蔽大量雷電襲擊。而在這一過(guò)程中，大量研究人員表示，只有將電涌保護(hù)器安裝至風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)，才可有效防止雷電波的入侵。而在進(jìn)行電涌保護(hù)器（SPD）的選擇時(shí)，需嚴(yán)格遵循其計(jì)算方式的科學(xué)合理性，選用符合規(guī)格的設(shè)備。

在本文研究中所闡述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷保護(hù)系統(tǒng)則都是符合實(shí)際需求的，可以有效的達(dá)到防雷效果，如GB50343-2004、GB 50057-1994、IEC 61643-12 等都是目前在用。基于實(shí)際使用情況不同及通流過(guò)程中最大容量、安裝所需客觀條件、電壓保護(hù)水平等等因素，所以在實(shí)際應(yīng)用中作用到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中時(shí)會(huì)更為周全考慮多種因素，進(jìn)而選擇適合的防雷保護(hù)系統(tǒng)。在本文研究中闡述了幾種風(fēng)力發(fā)電機(jī)雷電保護(hù)系統(tǒng)SPD 的選用方法，如下所示。

1 根據(jù)配電方式選擇相應(yīng)模式選用方法

技術(shù)人員在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)雷電保護(hù)系統(tǒng)SPD 的選擇時(shí)，盡可能根據(jù)設(shè)備雷擊電磁脈沖及等電位連接點(diǎn)位置去選擇。與此同時(shí)，關(guān)于本地區(qū)電氣設(shè)備SPD 類別的選擇，可由技術(shù)人員利用共同接地體電位連接進(jìn)行確定[1]。同時(shí)，SPD 需保障對(duì)其所輻射范圍內(nèi)電氣設(shè)備遭受雷擊時(shí)產(chǎn)生的電流能量能予以控制，則需要在電涌出現(xiàn)后能達(dá)到最大鉗位，還要在雷電電流通過(guò)之后殘存殘壓得以控制，則在保護(hù)器選擇上可以采取多級(jí)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。

SPD 在配電系統(tǒng)安裝時(shí)在位置和模式選擇上是有一定考慮的。如通流容量較大的SPD 在使用中則應(yīng)考慮到符合Ⅰ級(jí)分類試驗(yàn)的設(shè)備，并且可以借助自身大通流容量來(lái)將所遭受到的雷擊通過(guò)過(guò)電壓的方式泄放置大地，降低過(guò)電壓能量，提高SPD 的應(yīng)用價(jià)值。而當(dāng)所選擇的SPD 無(wú)法保障設(shè)備交接處配電箱供電設(shè)備時(shí)，便需要技術(shù)人員及時(shí)對(duì)配電安裝標(biāo)準(zhǔn)以及電力輸出規(guī)格進(jìn)行充分地了解，預(yù)估其在受雷擊影響的值，之后，更換配電箱中SPD，利用Ⅱ級(jí)分類試驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電箱的保護(hù)。例如，在對(duì)電氣控制配電箱進(jìn)行防雷系統(tǒng)SPD 的安裝時(shí)，則需要技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況選擇殘壓較低的SPD，以此來(lái)將所接收到的電氣控制配電箱中雷電流泄至大地，完成對(duì)電氣配電箱雷擊保護(hù)及管理，提高電力設(shè)備對(duì)過(guò)電壓的耐受程度。除此之外，還需要針對(duì)風(fēng)電發(fā)電機(jī)組當(dāng)中電氣設(shè)備瞬態(tài)過(guò)電壓進(jìn)行控制及管理，考慮在安裝設(shè)備時(shí)選擇符合Ⅲ級(jí)分類試驗(yàn)的SPD，并有將其安裝在LPZ2 區(qū)防雷交接區(qū)域內(nèi)，根據(jù)配電系統(tǒng)或設(shè)備的類型來(lái)選擇正確的安裝模式，以此達(dá)到對(duì)風(fēng)力電機(jī)組的防雷保護(hù)。

此階段，還需要技術(shù)人員關(guān)注SPD 安裝應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題，提高其保護(hù)作用，具體如下所示：

第一，在進(jìn)行第1 級(jí)保護(hù)的SPD 需盡可能接受風(fēng)力發(fā)電機(jī)組總進(jìn)線位置，并與電位連接端處緊密聯(lián)系，之后，則需依次對(duì)2、3 級(jí)保護(hù)的SPD 進(jìn)行保護(hù)設(shè)備的安裝，選擇正確的安裝方法，且科學(xué)合理的選擇被保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)完成安裝工作。

第二，則需保證在進(jìn)行SPD 的安裝時(shí)，保持電位連接導(dǎo)線呈現(xiàn)筆直狀態(tài)，且其與被保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備間連接線盡可能控制在0.5m 左右，且其截面積則需符合電位連接的最小截面需求，使得二者間連接完善[2]。

第三，技術(shù)人員在進(jìn)行SPD 安裝時(shí)，還要做好多個(gè)部門與設(shè)備管理間的統(tǒng)籌兼顧，無(wú)論是過(guò)電壓的承受能力、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備應(yīng)用效果等均需列入SPD 能量配合的考慮當(dāng)中，還要利用退耦裝置的串接來(lái)減少續(xù)流時(shí)存在的問(wèn)題。在前提條件允許的情況下，采購(gòu)人員則需按照所采購(gòu)的SPD 產(chǎn)品型號(hào)、類別等選擇同一廠家同類產(chǎn)品，便于安裝與應(yīng)用，同時(shí)，還可幫助不同區(qū)域內(nèi)負(fù)責(zé)的工作人員了解各級(jí)產(chǎn)品間安全防雷擊保護(hù)系統(tǒng)及設(shè)備的安裝距離要求。同時(shí)，在此階段如果技術(shù)人員無(wú)法了解到所有被保護(hù)電力設(shè)備防雷擊設(shè)備安裝的最佳距離，則可將其與限壓型SPD 安裝的線路長(zhǎng)度保持在10 米以上，從根本上提高串接退耦裝置的應(yīng)用效果。

第四，同一電源系統(tǒng)中SPD 保護(hù)電壓水平不大于末端被保護(hù)設(shè)備耐壓水平的一半時(shí)，無(wú)需安裝高組SPD，只利用1 級(jí)SPD 便可滿足保護(hù)需求。

第五，如果在安裝SPD 時(shí)涉及到電流傳感器線路的安裝與管理，技術(shù)人員還需要著重對(duì)SPD 類型及其對(duì)線路信號(hào)可能存在的影響進(jìn)行考慮，盡可能減少SPD 對(duì)電流傳感線路的影響，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作的效率，降低雷擊對(duì)其影響[3]。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組SPD 通流容量的選擇及計(jì)算途徑

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，防雷接地在電氣設(shè)備的集成中越發(fā)占據(jù)重要位置，整個(gè)防雷接地的市場(chǎng)容量由2010年的237 億增長(zhǎng)到目前的近400 億的市場(chǎng)容量，其中防雷接地施工的市場(chǎng)容量將近20 億，但在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中仍屬于小眾經(jīng)濟(jì)，人們關(guān)注少，與之配套的輕便專業(yè)化施工工具的改進(jìn)較少，特別是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組SPD 的選擇以及計(jì)算。因其多應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷擊系統(tǒng)當(dāng)中，并且為風(fēng)電發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行提供了重要保障，所以如果做好風(fēng)力發(fā)電機(jī)組SPD 的選擇及其規(guī)格的計(jì)算顯得非常重要。

自地面進(jìn)入建筑物的外來(lái)導(dǎo)電設(shè)備其電子部件、線路以及通信線路等均可能會(huì)產(chǎn)生雷電流，進(jìn)而對(duì)建筑內(nèi)的電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響。而在這種情況下，則需要技術(shù)人員對(duì)外來(lái)導(dǎo)電設(shè)備的電流量以及可能產(chǎn)生的雷電流進(jìn)行估計(jì)。然后以估計(jì)的值來(lái)對(duì)建筑內(nèi)發(fā)電機(jī)組保護(hù)設(shè)備進(jìn)行SPD 的安裝，提高其保護(hù)的效果。

3 最大持續(xù)工作電壓值Uc 的選擇

在進(jìn)行防雷擊系統(tǒng)中SPD 的安裝時(shí)，最大持續(xù)工作電壓值與SPD 的安裝情況、應(yīng)用效果間有著直接性的聯(lián)系。且最大持續(xù)工作電壓值在持續(xù)加在SPD 上時(shí)，并不會(huì)對(duì)SPD 的最大交流電壓有效值或電壓值產(chǎn)生任何額外的影響，只是保證最大持續(xù)工作電壓值一直高于系統(tǒng)中的最大持續(xù)電壓數(shù)據(jù)[4]。在GB/T18802.12 中明確規(guī)定，將最大持續(xù)工作電壓值作用于SPD 上時(shí)，需考慮可能出現(xiàn)的10%的系統(tǒng)電壓數(shù)據(jù)偏差。

4 防雷擊系統(tǒng)SPD 后備保護(hù)元件的選擇

針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用時(shí)電氣的安全性，需盡可能將市電電源與電涌保護(hù)器并聯(lián)安裝，從根本上減少其可能因各種不確定因素而出現(xiàn)短路的問(wèn)題。同時(shí)，電涌保護(hù)器還需在電氣元件前安裝短路保護(hù)器件，而熔斷器有著其顯著的優(yōu)勢(shì)，可在整個(gè)電涌保護(hù)器運(yùn)行過(guò)程中充分發(fā)揮自身的作用為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提供防雷擊保護(hù)。同時(shí)，還要求技術(shù)人員需正確認(rèn)知后備保護(hù)元件的作用，并嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行安裝、維護(hù)，為后續(xù)防雷擊系統(tǒng)電涌保護(hù)器運(yùn)行的安全穩(wěn)定性提供重要保障。同時(shí)，高質(zhì)量的后備保護(hù)元件能夠?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電機(jī)組額定電涌電流提供保護(hù)作用，使得茯電涌電流外泄正常。除此之外，將后備元件應(yīng)用于支路上的殘壓Ures 時(shí)，可保證支路殘壓Ures 數(shù)據(jù)比電力設(shè)備保護(hù)水平Up 低，使得整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)備安全，系統(tǒng)運(yùn)行有序。除此之外，在此過(guò)程中，針對(duì)電涌擊穿電涌保護(hù)器后短路電流值，其必須小于后備保護(hù)元件作用點(diǎn)的工頻矩路電流，與主電路過(guò)電流保護(hù)器做好組間配合[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代化建筑設(shè)備當(dāng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有著其重要的作用。但是，在此過(guò)程中，其因自身電壓等級(jí)高、內(nèi)部電子設(shè)備敏感以及集中性強(qiáng)的特點(diǎn)易受到雷擊的影響。而在這種情況下，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行防雷保護(hù)系統(tǒng)電涌保護(hù)器的選用，并通過(guò)大量計(jì)算來(lái)提高電涌保護(hù)器規(guī)格選擇的科學(xué)合理性，同時(shí)，還要根據(jù)不同電力設(shè)備應(yīng)用情況設(shè)置最佳的安裝位置，使得電涌保護(hù)器的作用得到充分發(fā)揮，這對(duì)于提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷系統(tǒng)運(yùn)用水平具有重要的意義。同時(shí)，這對(duì)于我國(guó)風(fēng)電機(jī)組防雷保護(hù)系統(tǒng)電涌保護(hù)器的進(jìn)一步研究也具有重大的推動(dòng)力。