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风电机组电气控制、连接技术与雷电防护研讨会主办单位:中国可再生能源学会风能专业委员会支持单位:菲尼克斯电气中国公司风电机组的外部防雷技术措施IEC/ TC81/ WG3 中国专家:关象石E-mail:gxsxingkelei.sina.net2|风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日定义(1)直接雷:雷电直接击在大地上、建筑物上或其他物体上,产生电效应、热效应、机械力。雷击电磁脉冲:直击雷发生时,雷电流的电磁效应,含雷电波侵入和空间磁场效应,俗称间接雷击或感应雷 。3|风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日定义(2)向下闪击:起始于雷云对大地产生的向下先导的闪击。由一次首次短时雷击组成,其后可能有多次后续短时雷击。向上闪击:起始于一已接地的建(构)筑物对雷云产生的向上先导的闪击 。由其上可能有多次后续短时雷击及一个长时间雷击组成。4|风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日下行雷的可能组成部分- 选自IEC62305-1 / GB/T21714.1 图A.35|风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日上行雷的可能组成部分- 选自IEC62305-1 / GB/T21714.1 图A.46|风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日2.55.610W/R: 单位能量( MJ/)5075100Qs: 电荷量( C)350350350T2: 半值时间( s)101010T1: 波头时间( s)100150200I: 幅值( kA)第三类第二类第一类防雷建筑物类别雷电流参数定义(3)- 首次短时雷电流参量7|风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日定义(4)- 云地闪的形成过程8|风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日风电机组外部防雷相关参考标准GB 50057 建筑物防雷设计规范IEC 62305-1: 2006 雷电防护 第 1部分 : 总则GB/T 21714.1-2008IEC 62305-2: 2006 雷电防护 第 2部分 : 风险管理GB/T 21714.2-2008IEC 62305-3: 2006 雷电防护 第 3部分 :建筑物的物理损坏GB/T 21714.3-2008 和生命危险IEC 62305-4: 2006 雷电防护 第 4部分 : 建筑物内电气GB/T 21714.4-2008 和电子系统IEC 61400-24-2002 风力发电机组 雷电防护9|风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日IEC标准体系简介在 IEC TC 81 的标准IEC TC 81雷击保护IEC 61024建筑物防雷(系列)IEC61312防雷击电磁脉冲( LEMP) (系列)IEC61663通信线路防雷(系列)IEC 61024-1:1990-03建筑物防雷第 1 部分:通则IEC 61312-1:1995-02防 LEMP 第 1 部分:通则IEC 61662:1995-04雷击损坏危险度的评估IEC 61662:1996-05补充评估:加入 LEMP后的危险度评估IEC 61819/Ed.1( 81/145/CDV) 2001模拟防雷装置( LPS)各部件效应的测量参量IEC 61663-1:1999-07通信线路防雷第 1 部分:光纤线路IEC 61663-2( 81/164/FDIS) 2001通信线路防雷第 2 部分:金属导线路线IEC 61312-2 TS:1999-08防 LEMP 第 2 部分:建筑物屏蔽、内部等电位连接及接地IEC 61312-3 TS:2000-07(IEC 81/150/CD)防 LEMP 第 3 部分:电涌保护器( SPD)的要求IEC 61312-4 TS:199809防 LEMP 第 4 部分:已有建筑物的保护IEC 61312-5 TS:2000( 81/165/CD)防 LEMP 第 5 部分:应用指南IEC 61024-2建筑物防雷第 2 部分:建筑物高于 60m 的附加要求IEC 61024-3建筑物防雷第 3 部分:有爆炸危险和易发生火灾建筑物的附加要求IEC 61662/Ed.2 TS( 81/156/CD) 2001风险控制风险控制的环境和建筑物的风险评估IEC 61024-1/Ed.2( 81/151/CDV) 2001防雷装置对人身的安全保护IEC 61024-1-1:1993-08建筑物防雷第 1 部分第 1 分部分:指南 A防雷装置保护级别的选择IEC 61024-1-2:1998-05建筑物防雷第 1 部分第 2 分部分:指南 B防雷装置的设计、施工、维护和检测10 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日综合防雷系统外部防雷接闪器引下线接地装置内部防雷等电位连接防闪络措施电涌保护器屏蔽(法拉弟笼)综合防雷系统的组成11 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日防雷的原理利用外部防雷装置来拦截雷闪,利用引下线把雷电流泄入地中。主要是防直击雷造成的损害,同时为内部防雷打好基础。防雷如同防洪,其原理是为雷电流提供一低阻抗的通道,同时采取内部防雷措施,降低或减少对电气、电子系统的损害。12 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日Bonding BarElectric power lineRing Earth ElectrodeMetallicwaterpipeEarthMetallicgaspipeSPD17%17%50%17%4.3%IEC 61643-1 / Annex A (informative)Consideration for SPDs when Class I Tests are to be applied雷电流的分配原则13 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日雷电对风电机组的损害(1)- 引自IEC61400-24 表4 雷击损毁事件的发生频度5.88614871784281992-1998瑞典3.98512200069828391990-1998丹麦8.0738920435214981991-1998德国每年每百台风力发电机组故障数雷电故障每年风力发电机组数发电能力MW数据库中风力发电机组数时间国家14 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日雷电对风电机组的损害(2)- 引自IEC61400-24 表5 雷击损毁风力发电机组的地区效应(德国)间接雷击意味着损毁不是因雷电 直接击中风力发电机组而引起。70.6%29.1%8.073992043521498总数69.3%30.3%14.0277197386363低山76.5%23.4%7.4239321388519北部低地65.9%33.6%5.62234018178616沿海间接雷击 %直接雷击 %每年每百台风力发电机组故障数雷电故障每年风力发电机组数发电能力 MW数据库中风力发电机组数设置位置15 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日雷电对风电机组的损害(3)- 引自IEC61400-24 图7 各部件的故障(德国)16 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日雷电对风电机组的损害(4)- 引自IEC61400-24 图8 各部件的故障(丹麦)17 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日雷电对风电机组的损害(5)- 引自IEC61400-24 图9 各部件的故障(德国)IEC 1855/02电气系统控制系统 机械制动器故障率 %403020100发电机 齿轮箱 风轮叶片 偏航系统 液压系统 传感器传动系统轮毂 结构部件旧 450KW, 故障数: 909新 450KW, 故障数: 12318 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日雷电对风电机组的损害(6)- 引自IEC61400-24 图10 各部件的故障(德国)IEC 1855/02整个风力发电机组故障率 %6040200电气系统机械制动器控制系统 发电机 齿轮箱 风轮叶片 偏航系统 液压系统 轴承塔架 其它旧 450KW, 故障数: 988新 450KW, 故障数: 2919 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日雷电对风电机组的损害(6)德国斯图加特人报 1995.3.25在黑尔戈蓝(德国西北部一岛)的大型风力发电机,能供应岛上1/4电量,但去年冬天因雷击损坏了风叶,它不再发电。去年冬天,雷击使丹麦的8台大型风力发电机中6台损坏。20 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日直击雷防护的要点接闪引下接地21 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日C.Wagener C.Wagenerprotected Volume风电机组接闪状况22 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日风电机组接闪状况23 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日帕德博恩 /德国直接损失 150万欧元Source: GDV风电机组接闪状况24 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日The left picture contains a mistake!Have you found it?风电机组接闪状况25 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日接闪(1)塔架(钢筋混凝土内钢筋或金属支撑体)叶片(把雷电流引导轮毂)材料(GRP玻璃钢)(CRP碳纤维)26 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日接闪(2)叶片接闪的可能性最大- 位于风机塔制高点上- 有效高度h100m,上行闪击增大- 3叶片20rpm速度旋转时,每个叶片以120/s旋转,可能多片接闪27 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日接闪(3)A型- 在叶片前缘外部的一个折板(副翼)用于制动。有用于才做折板的钢丝可接闪。雷击点常出现在刚折板的铰板出。B型- 由弹簧夹持的叶尖刹车,雷击点主要发生在距叶尖点几十厘米处,或在变浆轴最外端的的表面。A型和B型叶片通常用于100kW大的老式风力发电机组28 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日接闪(4)C型- 由一钢丝控制的叶尖刹车。雷击点主要发生在距叶片端点几十厘米处,或在变浆轴最外端的的表面。与B型叶片对比,由于雷击而在雷击点和轴最外端形成的电弧会引起C型叶片的损坏更严重。D型- 叶片由非导体材料制成,雷击点随意分布。29 | 风电机组研讨会 |关象石 | 风电机组外部防雷技术错丝毫 | 7月 7日接闪(5)- 引自IEC61400-24 图17 风力发电机
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