风电机组感应雷保护介绍，

感应雷击过电压的防护主要分为电源防雷和信号防雷。电源系统感应雷过电压保护措施采用三级防护，分别安装不同规格的电涌保护器。安装电涌保护器从本质上是一种等电位连接措施，在不同的防雷区内，按照不同雷击电磁脉冲的严重程度和等电位连接点的位置，决定位于该区域内和区域之间采用何种电涌保护器。另外，应有选择地在保护回路中单独或组合安装诸如放电间隙、气体保护管、压敏电阻和抑制二极管等元件。因为雷电电磁脉冲能够在信号线路及其回路中感应出暂态过电压，使信号电路中电子设备的绝缘强度降低，过电压耐受能力变差，更容易受到暂态过电压的损害，因此应设置信号防雷保护措施。

1.电源防雷

风电机组内控制单元与伺服系统所用的交流电源一般是从三相电力线上抽取单相电压，再经过变压器降压获得的220V交流电压。在风电场不同的保护区的交界处，应通过电涌保护器（SPD）对有源线路（包括电源线、数据线、测控线）等进行等电位连接[9]，减少对电力电子系统的危害。因此，对于电源系统的防雷保护措施，需要在电源变压器输出端及用电设备单元的输入端均加装电源电涌保护器[10]，如图4-14所示。

图4-14　机组内交流电源的保护设置

从电路结构上划分，电涌保护器可以分为单级和多级两种类型。单级保护电路只对暂态过电压进行一次性的抑制，对于一些耐压水平低的脆弱微电子设备电源来说，则需要更为可靠的多级保护电路。

图4-15　由压敏电阻构成的两级保护电路

最简单也最常用的多级保护电路分为两级，包含泄流级和箝位级两个基本环节。图4-15所示为一典型的两级保护电路。第一级作为泄流环节，前3只压敏电阻R1、R2、R3构成了第一级全模保护环节，主要用于旁路泄放暂态大电流，将大部分暂态能量释放掉；第二级作为箝位环节，后3只压敏电阻R4、R5、R6构成了第二级全模保护环节，将暂态电涌过电压限制到被保护电子设备可以耐受的水平。每一级的3只压敏电阻的参数应选得一样，不能有太大分散性。

在风电机组的控制单元中，需要用到直流电源。直流电源通常由变压器、整流器、滤波电容、稳压电路和其他配件组成，其过电压防护措施也基本上是围绕这些元件来实施的，如图4-15所示。3只压敏电阻R1、R2、R3安装在变压器的原边，用于抑制来自交流线路的差模和共模过电压，雪崩二极管VD用于保护变压器二次侧的元件（如整流器、滤波电容和稳压器等）。二极管VD1跨接于稳压器的输入和输出端之间，与VD配合抑制稳压器输出端可能出现的反向过电压，如图4-16所示。

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图4-16　直流电源的保护回路

2.信号防雷

与电源电涌保护相仿，信号电涌保护回路也可以分为单级和多级结构。图4-17所示即为一个常用的两级保护电路，由放电管GDT、暂态抑制二极管（雪崩二极管）VD1和VD2，电阻R组成。它的作用原理为：第一级放电管GDT用于旁路泄放暂态大电流；第二级雪崩二极管VD1和VD2用于箝位限压，保护后面电子设备，将过电压抑制到被保护设备耐受的水平。当暂态过电压沿信号线路传输到达保护电路后，由于放电管GDT具有较高的放电电压和较长的响应时间，并不能很快完成放电动作，在其未放电之前，雪崩二极管VD1或VD2将首先击穿，使VD1、VD2支路导通，随着支路暂态电流的增大，R—L支路上的压降也相应增大。这一压降加于GDT两端，就使GDT尽快完成放电动作。当GDT放电完毕后，它将提供一条旁路泄放暂态大电流的通道，起限制过电压和对R、L和VD1、VD2的保护作用。GDT尽量选用响应时间短的放电管。VD1和VD2也可以用一只双向管子替代，电阻R可以采用碳合成电阻，也可采用绕线电阻，但不能采用普通的电阻膜电阻。

图4-17　信号线路基本保护电路

图4-18　两级平衡信号保护电路

对于较长的信号线路，出于抑制共模干扰的考虑，常采用平衡线路的模式进行信号传输。如图4-18所示为一个典型的保护电路。当然，对于风电场内较长的信号线路，建议使用光纤传输代替电缆来降低干扰。

在风电机组中，由于工作环境恶劣，增加了通信接口和传输线路设计的复杂性。通信接口是风电机组控制单元中易于受到雷电电涌过电压损坏的一个环节，原则上需要对电缆中的每根信号线均设置接口保护电路。在信号线两端距离过长时，可将两个信号保护环节分别设置在通信电缆两端，用于保护发送器和接收器免受沿通信电缆侵入的雷电暂态过电压波的损害，如图4-19所示。

图4-19　分离的两级信号电涌保护电路