保护风电机组的措施及方法

8.1.3.1 主动保护

1）风电机组的监控是由运行控制系统实现的。该系统检查所有的传感器信号和风电机组的运行参数，参数如下：①转速；②功率；③温度；④塔架振动；⑤风速；⑥桨距角；⑦机舱位置。

2）安全保护系统独立于运行控制系统，其检查的参数有：①过速；②振动开关；③急停开关；④控制系统故障；⑤变桨驱动。

3）如果上述中的任何一个开关报告故障，安全链断开，风电机组立即紧急停机。

8.1.3.2 被动保护

1）被动保护系统能保护风电机组免受外部环境的影响，如雷电、过载荷等。叶片里安装有雷电感应器，内部的导电系统可以防止叶片受到雷击。另外，变桨系统可以一直保持正常工作，即便是在风电机组受到雷击的情况下。

2）顺桨制动时，风轮的自由运转产生的扭矩很小，因此，风电机组受到的载荷也很小，这就是不锁定风轮（即便是紧急停机时）的原因。

8.1.3.3 制动系统

金风科技GW1500系列机组每只叶片都有自己的独立变桨机构，通过变桨机构调整叶片桨距角到顺桨（90°）位置，使风电机组完全能够在气动制动的作用下停下来，从而实现机组的正常和紧急停机。

8.1.3.4 风电机组的防雷接地系统

1.防雷系统

金风科技GW1500系列机组的防雷系统，根据相应的标准并充分考虑雷电的特点，将风电系统的内外部分成多个电磁兼容性防雷保护区。其中，在叶片、机舱、塔身和主控室内外可以分为LPZ0、LPZ1和LPZ2三个区，如图8-5所示。针对不同防雷区域采取有效的防护手段，主要包括雷电接受和传导系统、过电压保护和等电位联结、电控系统防雷等措施，这些都充分考虑了雷电的特点而设计，实践证明这一方法简单而有效。

图8-5 防雷保护区划分示意图

2.雷电接受和传导途径

雷电由在叶片表面接闪电极引导，由雷电引下线传到叶片根部，通过叶片根部传给叶片法兰，通过叶片法兰和变桨轴承传到轮毂，通过轮毂和主轴承传到主轴，通过主轴和底座传到偏航轴承，通过偏航轴承和塔架最终导入接地网。

8.1.3.5 叶片部分防雷接地(www.xing528.com)

叶片作为风电机组中位置最高的部件，是雷电袭击的首要目标；同时叶片又是风电机组中最昂贵的部件之一，因此叶片的防雷保护至关重要。雷击造成叶片损坏的机理是，雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升造成爆裂破坏。叶片防雷系统的主要目标是避免雷电直击叶片本体而导致叶片损害。研究表明：不管叶片是用木头或玻璃纤维制成，或是叶片包导电体，雷电导致损害的范围取决于叶片的形式。叶片全绝缘并不减少被雷击的危险，而且会增加损害的次数。多数情况下被雷击的区域在叶尖背面（或称吸力面）。根据以上研究结果，GW1500系列机组的叶片应用了专用防雷系统，此系统由雷电接闪器和雷电传导部分组成，如图8-6所示。在叶尖装有接闪器捕捉雷电，再通过敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片。

图8-6 叶尖防雷接地系统示意图

雷电接闪器是一个特殊设计的不锈钢螺杆，装在叶片尖部，即叶片最可能被袭击的部位，接闪器可以经受多次雷电的袭击，受损后也可以更换，如图8-7的A点所示。雷电传导部分在叶片内部将雷电从接闪器通过导引线导入叶片根部的金属法兰，通过轮毂、主轴传至机舱，再通过偏航轴承和塔架最终导入接地网。

图8-7 叶尖雷电接闪器示意图

8.1.3.6 机舱部分防雷接地

1）在机舱顶部装有一个避雷针，避雷针用作保护风速仪和风向标免受雷击，在遭受雷击的情况下将雷电流通过接地电缆传到机舱上层平台，避免雷电流沿传动系统传导，如图8-8的A处所示。

2）机舱上层平台为钢结构件，机舱内的零部件都通过接地线与之相连，接地线尽可能的短直，如图8-8的B处所示。

图8-8 机舱接地示意图

8.1.3.7 机组基础防雷接地

机组基础的接地设计符合IEC 62305或GB 50057—2010的规定，采用环形接地体，包围面积的平均半径≥10m，单台机组的接地电阻≤4Ω，使雷电流迅速流散入大地而不产生危险的过电压。

8.1.3.8 过电压保护和等电位联结

1）金风科技GW 1500系列风电机组防雷系统中所采取的过电压保护和等电位联结措施符合IEC 62305、IEC 61312、IEC 61400-24和GB 50057—2010的相关规定，在不同的保护区的交界处，通过电涌保护器对有源线路（包括电源线、数据线、测控线等）进行防雷保护。其中在LPZ0区和LPZ1区的交界处，采用通过Ⅰ类测试的B级电涌保护器，将通过电流、电感和电容耦合三种耦合方式侵入到系统内部的大能量雷电流泄放，并将残压控制在2.5kV以内。对于LPZ1区与LPZ2区的交界处，采用通过Ⅱ类测试的C级电涌保护器，并将残压控制在1.5kV以内。

2）为了预防雷电感应，对处在机舱内的金属设备，如金属构架、金属装置、电气装置、通信装置和外来的导体进行等电位联结，连接母线与接地装置。汇集到机舱底座的雷电流，传送到塔架，由塔架本体将雷电流传输到底部，并通过3个接入点传输到接地网。在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区的界面处应做等电位联结，比如风向标、风速仪、环境温度传感器在机舱TOPBOX内做等电位联结；避雷针、机舱TOPBOX、发电机开关柜等在机舱平台的接地汇流排上做等电位联结；主断路器进线电缆接地线与控制柜、变压器、电抗器在塔底接地汇流排上做等电位联结。