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淺談風機雷電監測係統

作者:佚名 發布日期:2016-11-26

  隨著國內風機研究成果的發展,防雷技術的發展對於風機的運作穩定性起著重要作用。如今,幾乎所有風機葉片都專有接閃器,且眾多概念也被相繼提出並用於實際操作中。如,防雷區(LPZ),防雷裝置 (LPS),引下線,接地裝置等等。雷擊所產生的電能量非常巨大,且對風機以及其個係統部件會造成巨大損害,並帶來巨額維修和非計劃停機損失。然而,上述防雷產品卻不能100%保證能對風機以及風機各重要部件進行防雷保護。在雷擊發生後,控製中心能及時了解雷擊情況從而做出適當決定是非常重要的,而非隻依靠防雷產品,如風機部件被雷擊損壞而控製中心沒有及時了解情況,則錯過最佳反應時機,反而帶來更大損失。現今,市麵上也有各式雷擊計數器和雷電監測係統。

  理想的雷電監測係統應具備:

  1. 可準確及時地監測所有直接雷擊情況,不管雷擊電流大小,雷擊落雷點在風力發電機的哪一個部位,不管雷擊流經過風機的哪一個部位。

  大部分現有雷電監測係統的記錄器安裝在風機內部引下線上,此安裝方式及運作方式隻能記錄經過引下線的雷電流,然後實際情況下,雷電流會停留在風機的各部位,電磁場布滿整個塔身,因此,經過其他部件的雷電流將不被記錄,降低了監控係統的準確率。

  2. 監測係統隻監測直接雷擊,不記錄周邊風機落雷情況

  我國多數地區屬於強雷暴活動區域,加之裝機密度高,每一次雷擊所產生的巨大電磁場覆蓋區域很大,因此臨近的風機會有交集電磁場的情況出現。如不能準確記錄直接雷擊信息,控製中心則無法準確定位被雷擊的風機。

  3. 監測係統可及時向控製中心發送落雷警報

  當直接雷擊中風機時,需及時向控製中心反饋並發送警報,以便控製中心快速做出決定,以把損失最小化。

  4. 該係統的運作不應對風機內部的敏感部件造成影響,如控製係統

  監測係統需獨立運作,且其運作不會對其他部件造成損害或者影響,否則會更多地增加運作成本以及不穩定性。

  5. 該係統可穩定運作多年,及時在安裝該係統後常年沒有經曆雷擊,但如發生雷擊,仍可正常記錄

  每對風機進行一次檢修或者更換零部件的成本都是巨大的,因此雷電監測係統的運作穩定性以及更長的使用壽命可節約風機運作成本。

  6. 在風機停電情況下也可正常運作記錄雷擊

  如因其他原因,風機需停止運作,此時雷電監測係統仍需保持正常運作,仍正常記錄雷擊情況,並發出警報。

  7. 該係統需保存雷擊警報並保留警報信息,直至控製中心作出反應

  丹麥一研發公司與丹麥奧爾堡大學合作研發了一套雷電檢測係統。該係統包括2套天線環,1個天線轉換器,一個控製接收盒,一條光線。

  工作原理

  天線環安裝在塔身約離地麵3米高的位置,在此高度有2個原因,原因之一為,地麵上的人不可以隨便觸碰,之二為這個高度可覆蓋雷擊電流在風機經過的範圍。

  當雷電擊中風機的任何部位,天線環會捕捉經過風機塔身的雷擊磁場,並將其傳輸導天線接收轉換器,繼而被轉換為電子信號,光線會將詞雷擊電子信號傳輸至控製盒。控製盒與風機控製係統集成,進而雷擊信號通過控製盒傳輸至控製中心,被讀取。該係統的所有組成部件都進行絕對絕緣,因此在雷擊後電磁場升高的情況下,不會對風機控製係統造成損壞。同時使用2套天線環,可達到準確無誤監測直接落雷信息,而不被鄰近風機落雷後產生的電磁場的影響而觸發警報。

  監測係統的觸發點可進行人工設置,通常建議設置為500A (Peak current, puls shape 8/20 us),該電流量是很弱的雷電情況。

風電防雷

  當風機上隻裝有一隻天線環時,所接收的雷擊信息則存在誤導性。如上圖顯示,風機方圓100米內的強度為50kA,方圓400米內的強度為200kA,以及方圓1000米內的強度為500kA的雷電流都會被監測,此時,控製中心則無法準確定位被雷電擊中的風機。(風機塔身半徑為1M,至於(x,y)=(0,0))

風電防雷

  當風機上裝有2隻天線環時,所接收的雷擊信息則可更準確地記錄直接落雷信息。如上圖所示,雷擊電流需在風機內部以及外部才會被天線環接收信息。500A的觸發點即雷電流為50kA,且需要方圓10米範圍內才發出警報。同理,200kA的雷電流需在方圓20米內。由於風機的高度,雷電擊中風機地麵20米附近的幾率是很小的。

  防雷產品是否經過試驗測試驗證是至關重要的。如葉片接閃器等就存在眾多問題,不能對葉片進行恰當保護。據全國風力機械標準化技術委員會數據,早期的葉片防雷係統並沒有進行防雷係統的實驗驗證,並且,作為葉片防雷係統中最為重要的接閃器、引下線均沒有做過任何電流載荷測試。

  此係統在丹麥奧爾堡大學進行實驗測試,其中用於實驗的風機由NEG-Micon(已被維斯塔斯風機收購)提供。該係統同時在極端惡劣環境下被測試,測試結果都顯示,天線接收器和控製盒運作正常,並符合國際EMC要求。

  由於風機安裝位置以及其巨大體型,特別容易受到直擊雷、側擊雷和感應雷的襲擊,對風電機組件采取防雷措施以及雷電監測係統的運用,可大大減少雷擊對風機帶來的損失,並快速做出正確響應。

來源:互聯網