塔筒防雷保护措施

风电机组多安装在海上、近海、海滩、海岛、高山、草原等风能资源较好的空旷地带，但均为雷击多发地区。同时，风电机组的塔筒很高，达到六七十米甚至上百米（大容量机组），因此发电机组和相关控制驱动设备均处于高空位置，极易受到雷击。

对于塔筒，无论是外壳充当天然接地件、提供从机舱到地面的传导，还是作为内设引下线的载体，都在风电机组的防雷接地保护中充当重要的角色。

4.1.5.1　引下线

风电机组内，专设的引下线连接机舱和塔筒，且跨越机舱底部的偏航齿圈，即机舱和偏航制动盘通过接地线连接起来，从而雷击电流可以通过引下线顺利地导入大地，保证偏航系统不受到伤害，即使风机的机舱直接被雷击时雷电也会被导向塔筒而不会引起损坏。[3-4]

需要注意的是，有些风电机组取消了塔筒内部铺设的引下线，希望利用塔筒自身的导电性能将雷击电流导入大地。其实这么做并不安全，首先每台风力发电机组的塔筒至少是由两段塔筒通过螺栓连接在一起的，两段塔筒连接的法兰面还涂有防水胶，增大了塔筒的导电性能；其次，雷击电流不是纯直流电流，此时塔筒相当于一个大的电感，当雷击电压作用于塔筒上时，根据电感特性，塔筒本身会产生反电动势，从而阻止雷击电流及时地导入大地。因此，仅仅将塔筒本身作为风力发电机组的避雷引下线是并不安全的。[5]

4.1.5.2　塔筒间的跨接

在实际生产运输中，大容量机组塔筒高度可达60～70m，而每个塔筒部件约20多m高，所以必须由若干段连接成整体，每两段间需要可靠的电气跨接。[7]每一节塔筒法兰之间以及第一节塔筒法兰与基础环法兰之间分别采用3条横截面积为50mm2的接地电缆相连。该3条接地电缆在法兰处呈120°均匀分布连接，以保证塔筒之间以及塔筒与基础环之间的可靠电路连通而形成雷电流通道，如图4-7所示。

图4-7　塔筒法兰之间的跨接

另外，由于塔筒实际生产加工技术能力的局限，目前行业中风电机组塔筒搭接面之间的导雷通道都采用电缆跨接形式。实际上，还有可能出现上下搭接面偏离的情况，使得导线很长。这样就导致了在较高电流且接地电阻控制不够低的情况下，泄流过程中会产生严重的拉弧现象[7]，可以改善解决的途径有以下方面：

（1）改善加工工艺，尽可能缩短导线距离。

（2）选取更大横截面积的电缆。

（3）对拉弧处加装保护罩等。

（4）增加压接端子接触面积。

4.1.5.3　不同材质塔筒防雷措施(www.xing528.com)

1.钢制塔筒

钢制塔筒包括若干个20多m高的钢制部件，其高度视具体情况而异。连接部分用一个不锈钢多孔板与法兰面上的孔一起用螺栓固定，从而使雷击不能沿紧固的螺栓进行传导。每一节塔筒法兰之间以及第一节塔筒法兰与基础环法兰之间的跨接如图4-7所示（下述的混凝土塔筒和混合塔筒也同样如此）。

塔基处连接部分在3个彼此之间相差120°的位置上接到由95mm2的铜电缆组成的公共节点上，该节点则接到接地环或接地电极上，如图4-8所示。

图4-8　钢制塔筒结构图

2.混凝土塔筒

混凝土塔筒与钢制塔筒不同，其外壳不能作为泄流的天然导体，只能在其内部铺设铜电缆（引下线）。雷电通过塔筒内的铜电缆仍是在3个彼此之间相差120°的位置上（并行路径）被散流。

在塔基处，它们连接到与接地环和接地电极相连的电压公共节点上，从而不允许雷击电流沿着为加固塔筒而装设的钢拉线进行传导。

目前预应力混凝土塔筒已开始被广泛使用[8]。如果采用预应力混凝土塔筒，或使用埋入混凝土的锚定螺栓安装塔筒，则不应将预应力元件用于接地或避雷。在配有预应力钢丝绳的混凝土塔筒中，要保证在上述防雷接地系统中引下线部分避开预应力钢丝绳的同时，将混凝土内部钢筋进行等电位连接，然后将其接入整个机组的引下线系统中。这样，既起到了导流的作用，也起到了屏蔽的作用。图4-9所示为预应力混凝土塔筒示意图。

图4-9　预应力混凝土塔筒示意图

3.混合塔筒

混合塔筒的底部为混凝土结构，上面部分为钢结构。尤其注意的是，在钢制部分和混凝土部分的连接处，钢制连接适配法兰与钢制区法兰在附有不锈钢盘的法兰面上选择3个彼此之间相差120°的位置用螺栓进行固定，不允许雷击电流沿螺栓传导。

在混凝土区的钢制适配器依次接于3个彼此之间相差120°的接地电缆，后者则与混凝土塔筒中接法相同，接于塔基的与接地环和接地电极相连的电压公共节点。