风电机组的各部件连接方式

图4-10　风机泄流途径

风电机组的一般外部雷击路线是：雷击叶片上接闪器→导引线（叶片内腔）→叶片根部→机舱主机架—专设（塔架）引下线→接地网引入大地。在机组遭受雷击时，巨大的雷电流通常由机组的桨叶叶尖注入，沿桨叶内置导体注入桨叶根部，再经滑环、电刷或放电器等流过主轴和机舱导流路径进入塔筒顶部，由塔筒将雷电流导入接地装置并最终散入大地，如图4-10所示。如果能维持这条较理想的路径顺畅地传导雷电流入地，则雷击造成的危害程度可以显著降低。但是，在此过程中，接触部位会影响到雷电流的顺畅传导：一种是运动摩擦接触部位；一种是静止接触部位。静止接触部位主要是指如上述塔筒间的跨接，而运动摩擦接触部位是指电刷或滑环所在部位，包括叶片与轮毂、轮毂与机舱弯头、机舱弯头与塔筒过渡连接处。由电路原理可知，雷电流总是寻找电阻最低的路径传导入地，当所希望的路径上接触电阻较大时，就会阻碍雷电流从该路径传导入地，从而可能损害机组内的设备，危害机组的安全可靠运行。因此，必须采取措施疏通这条理想导流路径，以保证雷电流能够沿该路径顺畅入地。[1]

1.叶片与轮毂过渡连接

雷击发生时，当叶片上的接闪器接闪后，始于接闪器的铜质引下线将雷电流引至叶片根部的环形防雷环，该环与叶片轴承和轮毂电气隔离。在叶片根部，防雷环与轮毂连接部位之间有滑动炭刷及火花放电间隙作为滑动过渡连接，将雷电流引至金属轮毂。叶片尾部防雷炭刷连接如图4-11所示。

由于轮毂为金属铸造壳体，该壳体不仅满足相应的机械保护强度，还是一个良好的法拉第罩，使轮毂内部的变桨控制系统不受外部的电磁干扰以及对雷电流冲击起到保护作用。

2.轮毂与机舱弯头过渡连接

轮毂与机舱弯头这两个部件是处于相对运动的关系。为了将叶片接闪器处的雷电流沿理想路径泄流，在轮毂与机舱弯头的连接部位设置滑动炭刷及火花放电间隙。在此过渡段上，有3个并联的、彼此相差120°的电火花放电间隙。其设计原理与叶片轴承、轮毂间相同。每个电火花间隙还有一个电刷，用来补偿静态电位差。

(www.xing528.com)

图4-11　叶片尾部防雷炭刷

图4-12所示为风轮锁定法兰防雷炭刷连接图。在轮毂与机舱弯头的连接部位，由于设置了滑动连接装置来泄放雷电流，避免了雷电流直接流入主轴及齿轮箱等部件，而造成主轴轴承及齿轮箱内部的轴承使用寿命缩短的安全隐患，保证了风电机组的安全可靠运行。

图4-12　风轮锁定法兰防雷炭刷

图4-13　偏航尾部防雷炭刷

3.机舱与塔筒过渡连接

以某厂家的风电机组为例，简述机舱与塔筒的过渡连接方案与目的。金属材质的机舱弯头接闪后，设置在机舱弯头的前端、后端两处的金属防雷炭刷及火花放电间隙，会使雷击电流跨越塔筒的偏航轴承部位，由机舱弯头直接引至钢制塔筒泄放雷电流。图4-13所示为偏航尾部防雷炭刷。

偏航部位的滑动炭刷及火花间隙解决了运转部分雷电流的顺畅问题，同时也避免了雷击电流对偏航轴承的冲击造成偏航轴承的损害。