风电机组的防雷和防雷标准
1引言
在我国风电发展初期，风电场大部分集中在年平均雷电日较少的新疆和内蒙古等地区，采用的主
要是450kW 级以下的风电机组，雷害问题并不突出。随着我国风电场建设速度不断加快、规模不断扩大以及风电
机组的日益大型化，风电机组的雷害也日益显露。现阶段，我国风电场开发不断向高海拔和沿海地区拓展，大功率风电机组的塔架最高已经超过120m，是风电场中最高大的构筑物。在风
电机组的20年寿命期内，难免会遭遇到雷电的直击。中国可再生能源学会风能专业委员会于2009
年9月在肇庆召开的叶片专业组年会，将叶片的防雷作为一个重要问题进行了研讨，说明风电机组防
雷已经引起专家的高度重视。
国际电工委员会（IEC）第88工作委员会（IEC TC 88）在编制风电机组系列标准IEC 61400时, 编制了一个技术报告（TR），作为IEC 61400系列标准的第24部分于2002年6月出版，其初衷是想为这个相对年经的工业提供防雷知识。该标准在几年的实践中证明，技术报告对防止和减少风电机组的雷害是有效的。但是随着大型风电机组的发展和风电场向外海的拓展，雷害问题比2002年以
前更加复杂和突出。因此，有必要制订一个风电机组防雷标准以供风电行业人员使用。将IEC 6140
0由技术报告（TR）升级为技术标准（TS）便提上了议事日程。
2风电机组的雷害
IEC 61400-24 2002中，阐明了不同于其他建筑物的风电机组雷害问题，机组的结构特点、工
作原理以及所处场地等因素使其容易遭受雷害。人们已经了解建筑物高度对雷击过程的影响。高度超
过60m的建筑物会发生侧击，即部分雷电击中建筑物侧面而不是建筑物顶部。风电机组塔架是高于60m的构筑物，
所以侧击概率比建筑物大很多，并造成严重损害。另外，从雷电机理可知，与上行
雷相关的起始连续电流转移的电荷量可以高达300C，也就是说，上行雷造成的对建筑物的损坏比例
随着高度增加而增加，当塔架高度超过100m时上行雷击的概率升高。而风电机组一般设置在风力
强大的高于周围地区的制高点，并且远离其他高大物体，例如海岸、丘陵、山脊，这些地区正是雷电多发区，因此更能吸引雷电。
据德国、丹麦、瑞典等欧洲国家统计，雷电引起故障的频率是，每年每百台机组达 3.9次到8 次。直接雷击可以使叶片遭到损毁；雷电电磁脉冲（雷电感应过电压）等间接雷击可以使发电机、变 _ 压器、变流器等电气设备和控制、通信、SCADA等电子系统遭受灾难性损坏；也有极个别的轮毂、
齿轮箱、液压系统、偏航系统和传动系统及机械制动器等雷击损坏的报道。其中控制系统、传感器、通信、SCADA 等弱电部件遭受雷害的概率较大，这是因为这些弱电器件的耐过电压和过电流的能力较弱，雷电电磁脉冲会使其损坏，但由于维修方便，直接和间接经济损失与由于叶片损坏所造成的损失相比不算很大。
叶片在遭到直击雷时损坏都比较严重，且遭到损毁的叶片不易修复。离岸或在边远地区设置的机组，物资运输极其困难，维修人员的开销很大，同时风电场停止运行的收入损失也是巨大的。因此，
叶片的雷害最引人关注。
另外一个问题是现代大型风电机组的叶片用不能传导雷电流的复合材料制成，例如玻璃纤维增强塑料或木材层压板。在叶片未加防护时，一旦被雷电击中就会造成损坏。因此，对这类叶片作防雷要
求是必要的。用玻璃纤维增强塑料制成的机舱外壳，也应当采取防直接雷击措施。
1引言
在我国风电发展初期，风电场大部分集中在年平均雷电日较少的新疆和内蒙古等地区，采用的主要是450kW 级以下的风电机组，雷害问题并不突出。随着我国风电场建设速度不断加快、规模不断扩大以及风电机组的日益大型化，风电机组的雷害也日益显露。现阶段，我国风电场开发不断向高海拔和沿海地区拓展，大功率风电机组的塔架最高已经超过120m，是风电场中最高大的构筑物。在风电机组的20年寿命期内，难免会遭遇到雷电的直击。中国可再生能源学会风能专业委员会于2009 年9 月在肇庆召开的叶片专业组
风电机组的防雷保护分析 摘要：近年来我国风电厂建设规模提升较快，风电厂的安全运行对于风电能源 的使用具有直接影响。本文从风电机组雷击破坏原理和具体形式分析入手，探讨 了风电机组防雷保护的原则与具体措施。 关键字：风电机组，防雷保护 1 引言 现阶段开发技术最先进，开发规模最大的可再生能源是风能，风电能源已经 成为我国新能源产业中不可缺少的组成部分。我国风电机组的装机容量逐年提升，大直径叶轮建设规模不断提升，同时能够在复杂环境中应用的风电机组研制速度 加快，使得我国风电机组在海上、高原、丘陵及平原地带广泛建设。雷电释放过 程会对风电机组造成巨大的损害，其中包括叶片损坏、控制元器件损毁、绝缘击 穿等。分析风电机组的防雷保护，对于保证风电机组在雷雨天气时的正常运行， 提升风电机组的安全运行效率具有重要意义。 2 雷电对于风电机组的破坏原理 雷电是带电荷雷云与大地之间的强烈放电现象，而雷电对于风电机组的破坏，可理解为带电雷云和风电机组之间的放电现象。分析风电机组的防雷保护，最重 要的是科学判断雷击放电过程中的雷电参数和电流波形，与风电机组破坏关系最 密切的包括峰值电流和电流陡度等。 统计雷电破坏对于风电机组的影响，主要表现为以下4种形式，首先是设备 直接遭雷击而造成损坏，其次是雷电产生的能量沿着设备中的信号线或电源线侵 入内部，导致元器件损坏，再次是接地设备在雷击时遭遇瞬时高电压而损坏，最 后由于设备的安装不当，容易受到雷击电场或磁场的影响，导致元器件灵敏度失调。 （1）峰值电流。当雷击电流经过风电机组时，会导致风电机组温度急剧上升，内部元器件容易在热效应的作用下损坏。进一步分析热效应强度，主要是与雷电 释放的能量大小有关，这其中最核心的参数就是峰值电流。与此同时，当雷电能 量流经风电机组时，会产生较大的电磁力，部分情况下会导致叶片等弯曲断裂。 （2）电流陡度。风电机组在遭受雷击的过程中经常会造成控制系统或电子器件损坏，其主要原因是存在感应过电压。感应过电压与雷电流的陡度密切相关， 雷电流陡度越大，感应电压就越高。 3 风电机组的防雷保护原则 在风电机组的防雷保护设计中，应遵循以下4个原则，首先，保证设计的方 法与当今的主流设备相适应，其次，在防雷设计中应充分考虑投资的合理性，兼 顾经济性，再次，防雷设计应具备较长的使用寿命，最后，尽可能的遵循国际标 准和规范，方便系统的后期维护。 现阶段进行风电机组防雷保护所依据的最根本原则是弗兰克林避雷法，即充 分发挥避雷设备的特性，引发雷电场的激烈，将雷电引到防雷设备中，达到保护 风电机组的目的。在实际应用中，可在叶片的内部和机舱的顶部安装导体装置， 并通过主轴、齿轮、机身等设备，将雷电传到大地，释放雷电能量。与此同时为 尽可能的降低电磁感应干扰影响，需在保护空间内部增装屏蔽设备和sdp保护设备，并在大尺寸金属件交接部位进行等电位连接。 不同风电机组所处的环境相差较大，应在防雷设计中深入研究所在地的地理
龙源电力集团股份有限公司风电企业防止风电机组严重损坏专项措施 一、防止火灾措施 1.禁止风电机组机舱内壁粘贴海绵。对降噪或保温等有特殊要求的机组，机舱内所使用的降噪或保温材料必须采用阻燃材料。 2.机组检修工作结束后，应做到工完、料净、场地清，控制柜、机舱内部及塔筒平台处不得留有工具、废弃的备件、易耗品等杂物。 3.对风电机组机舱内及塔筒各层平台的渗漏油必须及时进行彻底清理，并查堵渗漏点；机组内部严禁存留易燃易爆物品及沾油废弃物。 4.风电机组内部严禁吸烟，火种不得带入风电机组；机组内动火必须开动火工作票，动火工作间断、终结时，现场人员必须停留观察至少15分钟，确认现场无火种残留后方可离开。 5.风电机组底部和机舱均应按照国家标准配置出厂检验合格的干粉灭火器，单个灭火器容量不小于2公斤，按要求固定在容易发现和取到的位置。新购买的干粉灭火器换充粉期限为2年，自第一次换粉起以后每年换粉一次。灭火器
在更换及检测期间，应保证留有备用。 6.禁止使用电感式镇流器的照明灯具，灯具外壳严禁采用可燃材料（可燃材料指GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》规定的B2、B3类材料）。 7.风电机组照明电源回路必须安装漏电保护器，漏电保护器应按国家标准进行定期测试，做好记录，保护动作不可靠的要立即更换。 8.在定期维护和点检中必须检查机组内的电缆外套有无破损和绝缘老化，电气元件及控制柜内部有无积灰、污损腐蚀、过热变色、放电、异物进入等问题，发现异常立即处理。 9.风电机组所有电气回路电缆的走线应使用电缆支架或布置在专用电缆槽内，并可靠固定；机舱内机械刹车、联轴器和滑环等旋转部件周边的各类电缆、油管，应根据条件在其周围增加隔离、阻燃措施。 10.风电机组内所有电缆的保护外套必须选用阻燃材料，对不符合要求的保护外套应进行更换，如保护外套出现绑扎松动、磨损和老化情况，应立即检查电缆绝缘并进行处理。 11.对于机舱至底部控制柜采用导电轨连接或采用中间接线盒连接的机组，每次登塔时必须对导电轨接线盒外观进行检查，发现异常应立即停机处理。每次定期维护必须检查导电轨和接线盒内连接母排连接是否可靠，有无发热变色或
叶片设计流程 一．空气动力设计 1．确定风轮的几何和空气动力设计参数 2．选择翼型 3．确定叶片的最佳形状 4．计算风轮叶片的功率特性 5．如果需要可以对设计进行修改并重复步骤4，以找到制造 工艺约束下的最佳风轮设计。 6．计算在所有可遇尖速比下的风轮特性 对于每个尖速比可采用上面步骤4所述的方法，确定每个叶素的空气动力状态，由此确定整个风轮的性能。 7．风力机叶片三维效应分析 8．非定常空气动力现象 9．风力机叶片的动态失速 10．叶片动态入流 二．风机载荷计算 作为风力机设计和认证的重要依据，用于风力机的静强度和疲劳强度分析。国际电工协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL 规范和丹麦制定的DS 472标准等对风力机的载荷进行了详细的规定。
2.1IEC61400-1 标准规定的载荷情况 2.2风机载荷计算 1计算模型 1）风模型 （1）正常风模型 （2）极端风模型 （3）三维湍流模型 2）风机模型 风机模型包括几何模型、空气动力学模型、传动系统动力学模型、控制系统闭环模型和运行状态监控模型等。 2风力机载荷特性 1）叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 包括摆振方向的剪力Q yb和弯矩M xb、挥舞方向的剪力Q xb和弯矩M yb以及与变浆距力矩平衡的叶片俯仰力矩M zb。可根据叶片空气动力设计步骤4中求得的叶素上法向力系数Cn和切向力系数Ct, 通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷。 （2）重力载荷 作用在叶片上的重力载荷对叶片产生的摆振方向弯矩，随叶片方位角的变化呈周期变化，是叶片的主要疲劳载荷。 （3）惯性载荷
（4）操纵载荷 2）轮毂上的载荷 3）主轴上的载荷 4）机舱上的载荷 5）偏航系统上的载荷 6）塔架上的载荷 三．风力机气动弹性 当风力机在自然风条件下运行时，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使结构产生变形和振动，影响风力机的正常运行甚至导致风力机损坏。因此，在风力机的设计中必须考虑系统的稳定性和在外载作用下的动力响应，主要有①风力机气动弹性稳定性和动力响应②风力机机械传动系统的振动③风力机控制系统（包括偏航系统和变浆距系统等）的稳定性和动力响应④风力机系统的振动。 3.1风力机气动弹性现象 1．风力机叶片气动弹性稳定性问题 2．风力机系统振动和稳定性问题 3.2风力机气动弹性分析 目的是保证风力机在运行过程中不出现气动弹性不稳定。主要的方法是特征值法和能量法。特征值法是在求解弹性力学的基本方 程中，考虑作用在风力机叶片上的非定常空气动力，建立离散的描述风力机叶片气动弹性运动的微分方程。采用Floquet理论求解，最后 稳定性判别归结为状态转移矩阵的特征值计算。
关于叶片防雷及接地的避免措施和检查方法整理如下，希望有所帮助。 一、目前叶片雷击基本为：雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解叶片内部气体高温膨胀， 压力上升造成爆裂破坏（更有叶片内存在水分而产生高温气体，爆裂）。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。经过统计：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）。根据以上叙述，叶片防雷设计一般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。 二、按IEC61400-24标准的推荐值，叶片防雷击铜质电缆导线截面积最小为50平方毫米。如果为高发区， 可适当增加铜质电缆导线截面积。 三、我集团近期刚出的一个检查标准： 1、叶片吊装前，逐片检查叶片疏水孔通畅。 2、叶片吊装前，逐片检查叶片表面是否存在损伤。 3、叶片吊装前，应逐片检查叶片防雷引下线连接是否完好、防雷引下线截面是否损伤，检测叶片接闪器到叶片根部法兰之间的直流电阻，并做好检测记录。若叶片接闪器到叶片根部法兰之间的直流电阻值
高于20 mΩ，应仔细检查防雷引下线各连接点联接是否存在问题。 叶片接闪器到叶片根部法兰之间直流电阻测量采用直流微欧计、双臂电桥或直流电阻测试仪（仪器分辨率不低于 1 mΩ），采用四端子法测量，检查叶片叶尖及叶片上全部接闪点与叶片根部法兰之间直流电阻，每点应测三次取平均值。 4、机组吊装前后，应检查变桨轴承、主轴承、偏航轴承上的泄雷装置（碳刷、滑环、放电间隙 等）的完好性，并确认塔筒跨接线连接可靠。 表1 防雷检查及测试验收清单
风电机组的防雷和防雷标准 1 引言 在我国风电发展初期，风电场大部分集中在年平均雷电日较少的新疆和内蒙古等地区，采用的主要是450kW 级以下的风电机组，雷害问题并不突出。随着我国风电场建设速度不断加快、规模不断扩大以及风电机组的日益大型化，风电机组的雷害也日益显露。现阶段，我国风电场开发不断向高海拔和沿海地区拓展，大功率风电机组的塔架最高已经超过120m，是风电场中最高大的构筑物。在风电机组的20年寿命期内，难免会遭遇到雷电的直击。中国可再生能源学会风能专业委员会于2009 年9月在肇庆召开的叶片专业组年会，将叶片的防雷作为一个重要问题进行了研讨，说明风电机组防雷已经引起专家的高度重视。 国际电工委员会（IEC）第88 工作委员会（IEC TC 88）在编制风电机组系列标准IEC 61400 时，编制了一个技术报告（TR），作为IEC 61400 系列标准的第24 部分于2002 年6 月出版，其初衷是想为这个相对年经的工业提供防雷知识。该标准在几年的实践中证明，技术报告对防止和减少风电机组的雷害是有效的。但是随着大型风电机组的发展和风电场向外海的拓展，雷害问题比2002 年以前更加复杂和突出。因此，有必要制订一个风电机组防雷标准以供风电行业人员使用。将IEC 6 1400 由技术报告（TR）升级为技术标准（TS）便提上了议事日程。 2 风电机组的雷害 IEC 61400-24 2002 中，阐明了不同于其他建筑物的风电机组雷害问题，机组的结构特点、工作原理以及所处场地等因素使其容易遭受雷害。人们已经了解建筑物高度对雷击过程的影响。高度超过60m 的建筑物会发生侧击，即部分雷电击中建筑物侧面而不是建筑物顶部。风电机组塔架是高于60m 的构筑物，所以侧击概率比建筑物大很多，并造成严重损害。另外，从雷电机理可知，与
风电机组的防雷检测方法 发表时间：2018-09-13T10:25:12.363Z 来源：《科技新时代》2018年7期作者：杨武王建波2 [导读] 本文从风电机组构成着手，对风电机组防雷安全检测方法研究，使风电机组防雷检测具有更强针对性和可操作性。 （1吐鲁番市气象局，新疆吐鲁番 838000；2湖南省气象技术装备中心，湖南长沙 410000） 摘要：近年来，风电行业成为雷灾影响最严重行业之一。由于风电机组安装环境及自身结构、运行方式具有一定特殊性，使得当前风电机组防雷检测也具有其特点，本文从风电机组构成着手，对风电机组防雷安全检测方法研究，使风电机组防雷检测具有更强针对性和可操作性。 关键词：风电机组；接地装置；等电位连接；电涌保护器SPD；传感器 引言 随着我国新能源事业发展，近年来风电行业进入快速发展阶段。风电机组作为风力发电主要设备，是否能安全运行关系到整个风电市场持续健康发展。一直以来，风电机组防雷安全检测都是一个受到风电设计、生产、安装调试、运行等各环节高度重视问题。 1 风电机组防雷安全检测现状 尽管电力行业有关于防雷设计相关国家标准或行业标准，但由于风电机组防雷安全检测涉及技术问题很多，加之国内使用风电设备以进口或引进国外技术生产为主，各国采用标准不一，对风电机组防雷要求也各不同。造成目前我国风电防雷检测相关标准缺乏针对性和可操作性，使得从事风电机组防雷检测的技术人员莫衷一是，这也是风电行业防雷安全检测亟需加强和解决的问题。 2 风电机组工作原理与构成 2.1工作原理 风力发电就是将自然界中风能利用叶轮转化成旋转的机械能，然后经由低速主轴，利用齿轮箱将转动速度提高至异步发电机转速，再由高速联轴器带动发电机产生出电能，最后通过变流器励磁把由发电机定子输出电能并到电网中。风电机组由传动、电气控制、偏航及支承系统等组成。 2.2基本构成 风力发电机组传动系统由叶轮、主轴、主轴承、齿轮箱、联轴器、发电机组成。叶片因位置相对较高易受直接雷击；而雷电电弧可能引起主轴承、齿轮箱齿轮材料表面凹陷和融化，引起啮合面之间磨损加剧；由主轴侵入雷电过电压可能造成发电机定子绕组、主绝缘击穿。 偏航系统由偏航电机、偏航齿箱、回转支承等组成。雷电对偏航系统危害主要是损坏偏航电机、接近开关的光传感器、限位开关、偏航控制器等。 支承系统包括塔架（筒）、基础环、钢筋混凝土基础，塔架（筒）既是传递雷电流引下线，又对内部设备与线路起到很好屏蔽作用，对整个电气、控制系统防雷起到不可替代作用。基础也是整个风力发电机组接地网。 电气与控制系统是风电机组正常运行核心，由控制电路、主电路、传感器和接口电路组成。电气控制系统温度传感器、转速传感器、液压传感器等属敏感元器件，易被雷电损坏。 3防雷安全检测主要内容 ①机舱尾部风向风速仪与叶片接闪器； ②机组接地装置； ③控制柜与配电柜内电涌保护器； ④用于引导雷电流入地防雷接地引下线； ⑤机舱与塔筒内滑环、电刷、发电机、齿轮箱、主轴承、金属管道、金属爬梯、构架等大尺寸金属物等电位连接； ⑥控制系统各类传感器。 4防雷安全检测主要方法 4.1外部防雷装置检测 风电机组外部防雷装置包括接闪器、引下线、接地装置。一是应检查机组外部防雷装置外观、材料、规格尺寸是否符合GB50057-2010等相关规范要求。以目测法定期检查叶片、风向风速仪接闪器是否有锈蚀和被雷击损坏烧灼痕迹等。二是检查接闪装置接地连接线连接是否稳固。三是应根据接闪器高度与距离计算机舱上风向风速仪是否处在LPZ0B区内。四是用等电位仪测试叶片接闪装置与轮毂引下线连接点、机舱上接闪杆与引下线直流过渡电阻，要求过渡电阻≤0.2Ω。五是检查引下线敷设与连接，高度≤40m塔筒、塔杆，可只设一根引下线；＞40 m时应设两根引下线。可利用螺栓或焊接连接的一座金属爬梯作为两根引下线使用。分段连接金属塔筒用作引下线时，每段塔筒连接螺栓应利用不少于处的25mm2紫铜编织带跨接，底座环与下塔段连接为3根25mm2紫铜编织带跨接。钢筋混凝土结构塔筒应利用钢筋混凝土内竖直钢筋作为引下线。六是按照GB/T 17949.1—2000规定的检测方法用接地电阻测试仪测量接地装置工频接地电阻，测试选择多点测量比对，其工频接地电阻≤4Ω。 4.2等电位检测 一是检查风电机组等电位连接材料规格是否符合GB/Z25427—2010要求。等电位直流过渡电阻值测试应采用空载电压4V～24V，最小电流为0.2A测试仪器检测，直流过渡电阻值≤0.2Ω。二是检测LPZ0A区内金属构件、所有穿过各后续防雷分区界面处导电物与防雷装置直流过渡电阻。检查滑环、电刷、发电机、齿轮箱、机械制动器和控制柜等金属结构件与机舱底板等电位连接。三是检查塔筒内所有金属导体、控制柜、配电柜与塔底防雷装置等电位连接。特别检查机舱与塔筒内控制柜内部传感器屏蔽层与柜内屏蔽接地排等电位连接。其中风速仪、风向标厂家出厂时一般都是从屏蔽层焊接出一根黄绿双色线，接线时将风速仪风向标黄绿双色线一起接至机舱柜端子排。 4.3电涌保护器检测 一是检查风电机组安装的电涌保护器是否经过国家认可的检测实验室检测，符合GB 18802.1-2011、GB/T 18802.21等相关规范要求。二是检查配电柜、控制柜内SPD表面是否平整、光洁，如有划伤、裂痕和烧灼痕或变形则应立即更换。三是检查SPD状态指示是否正
风电场工程安装工程防洪防汛应急预案 施工单位（章） 年月日 专业资料
准：日 年月审 I—I-- 1 ------ 日 年 日 核: 编写：月 专业资料.
目录 I编制目的 (1) 2编制依据 (1) 3适用范围 (1) 4应急预案类别 (1) 5应急工作原则 (1) 6危险源与风险分析 (1) 7组织机构及职责 (2) 8预防与预警 (2) 9应急准备 (3) 10应急响应 (4) II应急结束 (5) 12后期处置 (5) 13演练 (6) 专业资料 1编制目的 在发生险情时能够及时落实相应的防范行动，迅速、有序的开展应急救援，减少事故危害，最大限度降低事故造成的损失，防止事故扩大或恶化，在事故影响得到控制后尽快使生产、工作恢复正常状态。
2编制依据 1、《中华人民共和国防洪法》 2、《中华人民共和国安全生产法》 3、《建设工程安全生产条例》 4、《国家安全生产事故灾害应急预案》 3适用范围 本《预案》适用于华能通榆新华1C标段风电工程汛期紧急情况，包括： （1）洪灾、强降雨、台风、雷电天气等自然灾害 （2）地质灾害对风机、箱变等设备的影响 （3）严重漏电 4应急预案类别 本《预案》是针对预防特殊天气造成的灾害编制的专项预案 5应急工作原则 （1）以人为本，安全第一。把保障人员生命安全和身体健康、最大限度预防和减少事故灾难造成的人员伤亡和财产损失作为首要任务。 （2）统一领导，分级负责。在项目公司“安全生产委员会”的统一领导下，“安全监查工作组”、“应急领导小组”各负其责。 6危险源与风险分析 （1）雷雨天气 A风机遭到雷击后引起机舱及塔筒内电缆起火 B室外端子箱、断路器进雨水 C生活水泵房进水设备被淹 专业资料 D起重机遭遇雷击 （2）大风天气 A刮起的外物击伤箱变 B刮起的外物搭落在线路上造成短路 C设备防雨帽、标牌等附件脱落 7组织机构及职责 三防应急领导小组组织机构
风电防雷接地 1 风机的防雷特点 电闪雷鸣释放的巨大能量，会造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁…… 1.1 一般雷击率 在年均10雷电日地区，建筑物高度h与一般雷击率n的关系见表1。 1.2 环境 风力发电特点是：风机分散安置在旷野，大型风机叶片高点（轮毂高度加风轮半径）达60～70 m，易受雷击；风力发电机组的电气绝缘低（发电机电压690 V、大量使用自动化控制和通信元件）。因此，就防雷来说，其环境远比常规发电机组的环境恶劣。 1.3 严重性 风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资60%以上。若其遭受雷击（特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击），除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。丹麦LM公司资料介绍：1994年，害损坏超过6%，修理费用估计至少1 500万克朗(当年丹麦装机540 MW，平均2.8万克朗/MW) 。按LM公司估计，世界每年有1%～2%的转轮叶片受到雷电袭击。叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖是容易被修补的，但少数情况则要更换整个叶片。雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故。所以，雷害是威胁风机安全经济运行的严重问题。 2 叶片防雷研究 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。 美国瞬变特性研究院用人工电晕发生器，在全复合材料的叶片做雷击试验，高电压、长电弧冲击（3．5 MV，20 kA）加在无防雷设置的叶片上，结论是叶片必须加装防雷装置。
TACKE公司设计了玻璃钢防雷叶片（图1），叶片顶端铆装一个不锈钢叶尖，用铜丝网贴在叶片两面，将叶尖与叶根连为一导电体。铜丝网一方面可将叶尖的雷电引导至大地，也防止雷击叶片主体。 丹麦LM公司于1994年获得叶片防雷的科研项目，由丹麦能源部资助，包括丹麦研究院雷电专家、风机生产厂、工业保险业、风电场和商业组织在内，目的在于调查研究雷电导致叶片损害，开发安全耐用的防雷叶片。研究人员在实验室进行一系列的仿真测试，电压达1．6 MV，电流到200 kA，进行雷电冲击，验证叶片结构能力和雷电安全性。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。研究还表明：多数情况下被雷击的区域在叶尖背面（或称吸力面）。在研究的基础上，LM叶片防雷性能得到了发展，在叶尖装有接闪器（图2）捕捉雷电，再通过叶片内腔导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片，设计简单和耐用。如果接闪器或传导系统附件需要更换，只是机械性的改换。 3 雷害资料数据 3.1 我国个别案例 1995年8月，浙江苍南风电场1台FD16型55 k W风机受雷击，从叶尖到叶根开裂损坏报废。 我国各风场的雷害，没有统计资料。 3.2 丹麦和德国统计的雷击数据 3.2.1 风机雷击率 丹麦1200台、德国1400台风机遭雷击数据见表2。 德国雷击率比丹麦高出1倍。除了地点不同，收集时间短(一般认为需要15 a),或许有德国的风机平均总高度44．3 m比丹麦的35．5 m高等因素。 3.2.2 雷击地区分布 德国1992～1995年雷击地区分布数据见表3。
叶片设计流程 一. 空气动力设计 1.确定风轮的几何和空气动力设计参数 2.选择翼型 3.确定叶片的最佳形状 4.计算风轮叶片的功率特性 5.如果需要可以对设计进行修改并重复步骤4,以找到制造 工艺约束下的最佳风轮设计。 6.计算在所有可遇尖速比下的风轮特性 对于每个尖速比可采用上面步骤4所述的方法，确定每个叶素的空气动力状态，由此确定整个风轮的性能。 7.风力机叶片三维效应分析 8.非定常空气动力现象 9.风力机叶片的动态失速 10.叶片动态入流 .风机载荷计算 作为风力机设计和认证的重要依据，用于风力机的静强度和疲劳强度分析。国际电工协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL 规范和丹麦制定的DS 472标准等对风力机的载荷进行了详细的规定。
2.1 IEC61400-1标准规定的载荷情况 2.2 风机载荷计算 1计算模型 1）风模型 （1）正常风模型 （2）极端风模型 （3）三维湍流模型 2）风机模型 风机模型包括几何模型、空气动力学模型、传动系统动力学模型、控制系统闭环模型和运行状态监控模型等。 2风力机载荷特性 1）叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 包括摆振方向的剪力Q yb和弯矩M Xb、挥舞方向的剪力Q b和弯矩M Jb以及与变浆距力矩平衡的叶片俯仰力矩M b。可根据叶片空气动力设计步骤4中求得的叶素上法向力系数Cn和切向力系数Ct,通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷。 （2）重力载荷 作用在叶片上的重力载荷对叶片产生的摆振方向弯矩，随叶片方位角的变化呈周期变化，是叶片的主要疲劳载荷。 （3）惯性载荷 (4)操纵载荷
2 )轮毂上的载荷 3)主轴上的载荷 4)机舱上的载荷 5)偏航系统上的载荷 6)塔架上的载荷 三.风力机气动弹性 当风力机在自然风条件下运行时，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使结构产生变形和振动，影响风力机的正常运行甚至导致风力机损坏。因此，在风力机的设计中必须考虑系统的稳定性和在外载作用下的动力响应，主要有①风力机气动弹性稳定性和动力响应②风力机机械传动系统的振动③风力机控制系统(包括偏航系统和变浆距系统等) 的稳定性和动力响应④风力机系统的振动。 3.1风力机气动弹性现象 1.风力机叶片气动弹性稳定性问题 2.风力机系统振动和稳定性问题 3.2 风力机气动弹性分析 目的是保证风力机在运行过程中不出现气动弹性不稳定。主要的方法 是特征值法和能量法。特征值法是在求解弹性力学的基本方 程中，考虑作用在风力机叶片上的非定常空气动力，建立离散的描述风力机叶片气动弹性运动的微分方程。采用Floquet理论求解，最后稳定性判别归结为状态转移矩阵的特征值 计算。 1.风力机气动弹性模型 1)结构模型
风力发电叶片制作工艺介绍 风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。 1碳纤维在风力发电机叶片中的应用 叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。VestaWindSystem公司的V90型
3.0MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。 2）提高叶片抗疲劳性能 风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24h处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有良好的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。 3）使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率 使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。 4）可制造低风速叶片 碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。 5）可制造自适应叶片 叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风速为13～15m/s(29～33英里/h)，当风速超过时，则调节
风电机组叶片雷电防护金属网 防雷研究 文 | 周家东，熊秀，付磊，范晓宇 随着风电机组的单机容量不断增大，轮毂高度和叶轮直径的不断增加，以及高原、沿海、海上等新型机组的开发，大型机组越来越容易遭受雷击。而风电机组的叶片又始终处于机组的最高位置，是最容易受雷击的部件，会对机组叶片造成不可逆的机械损伤，在整个机组的雷击损坏维修成本中，它的维修费用最高。所以在叶片设计初期就做好防雷措施，将大大降低后期的维护成本。 目前，叶片防雷的主要方法有三种：接闪器与引下线、分段式导流条和雷电防护金属网。接闪器与引下线是目前使用最广泛的雷电防护方法，但是随着叶片长度的增加，实际的雷电并不总是打到叶尖，有时也会对叶身造成很大的破坏。分段式导流条是叶片雷电防护中一种新兴的方法，通过分段式导流条和接闪器与引下线系统的配合使用可以扩大接闪器的接闪面积，对叶片起到很好的防护效果。而雷电防护金属网是一种既可以充当接闪器起到接闪的作用，又能充当引下线起到很好的传导雷电的作用的防雷方法。但是国内外对雷电防护金属网的雷电防护研究的比较少，本文基于上述的背景，采用本公司自主设计研发的两种用于机组叶片上的雷电防护金属网，进行了机组叶片雷电防护金属网的防雷研究，对机组叶片雷电防护具有重要的意义。 雷电防护金属网介绍 雷电防护金属网作为一种重要的雷电防护方法，在飞机上已经取得非常成功的应用，近年来延性金属铜网和铝网也开始成为叶片雷电防护中必不可少的材料。 一、金属网的介绍 目前国内外常见的雷电防护金属网包括金属编织网、延性金属冲孔网以及延性金属斜拉网三种。金属编织网是由金属丝在经纬两个方向编织而成。编织丝网的缺点是在 复合曲率的表面难以覆盖，影响气动性能；而且编织丝网金属丝之间搭接电阻比较大，雷电防护效果远不如延性金属网；编制金属丝网由于雷电流产生的强大电磁力也容易断裂和瓦解。 延性金属冲孔网是金属板经钢板冲剪机冲剪加工处理后，形成固定网眼状况的张料物体。而延性金属斜拉网是由拉伸网冲剪机经过冲剪和拉伸，使金属板扩张成定好的 尺寸。因此延性金属斜拉网和冲孔网相比，生产中不会产生废料，成本低；而且网眼连接十分牢固，不会有断梗和断丝的现象；更重要的是延性金属斜拉网梗丝均匀，不会出现电流传导截面突变，影响导电性能。 二、金属网雷电防护机理（一）金属网导流基本机理 金属网格的雷电防护，其实质就是利用金属自身良好 图1 延性金属冲孔网图片 图2 延性金属斜拉网图片
龙源电力集团股份有限公司风电企业 防止风电机组严重损坏专项措施 一、防止火灾措施 1.禁止风电机组机舱内壁粘贴海绵。对降噪或保温等有特殊要求的机组，机舱内所使用的降噪或保温材料必须采用阻燃材料。 2.机组检修工作结束后，应做到工完、料净、场地清，控制柜、机舱内部及塔筒平台处不得留有工具、废弃的备件、易耗品等杂物。 3.对风电机组机舱内及塔筒各层平台的渗漏油必须及时进行彻底清理，并查堵渗漏点；机组内部严禁存留易燃易爆物品及沾油废弃物。 4.风电机组内部严禁吸烟，火种不得带入风电机组；机组内动火必须开动火工作票，动火工作间断、终结时，现场人员必须停留观察至少15分钟，确认现场无火种残留后方可离开。 5.风电机组底部和机舱均应按照国家标准配置出厂检验合格的干粉灭火器，单个灭火器容量不小于2公斤，按要求固定在容易发现和取到的位置。新购买的干粉灭火器换充
粉期限为2年，自第一次换粉起以后每年换粉一次。灭火器在更换及检测期间，应保证留有备用。 6.禁止使用电感式镇流器的照明灯具，灯具外壳严禁采用可燃材料（可燃材料指GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》规定的B2、B3类材料）。 7.风电机组照明电源回路必须安装漏电保护器，漏电保护器应按国家标准进行定期测试，做好记录，保护动作不可靠的要立即更换。 8.在定期维护和点检中必须检查机组内的电缆外套有无破损和绝缘老化，电气元件及控制柜内部有无积灰、污损腐蚀、过热变色、放电、异物进入等问题，发现异常立即处理。 9.风电机组所有电气回路电缆的走线应使用电缆支架或布置在专用电缆槽内，并可靠固定；机舱内机械刹车、联轴器和滑环等旋转部件周边的各类电缆、油管，应根据条件在其周围增加隔离、阻燃措施。 10.风电机组内所有电缆的保护外套必须选用阻燃材料，对不符合要求的保护外套应进行更换，如保护外套出现绑扎松动、磨损和老化情况，应立即检查电缆绝缘并进行处理。 11.对于机舱至底部控制柜采用导电轨连接或采用中间接线盒连接的机组，每次登塔时必须对导电轨接线盒外观进
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析 摘要 为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。本文根据传统的 的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型， 然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频 率和振型，为防止结构共振提供了依据。 关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化 THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTS ABSTRACT In order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.
风电叶片的雷击损坏维修及防雷改造 庄严 全国风力机械标准化技术委员会IEC TC88/SAC TC50 前言：随着风电整机出质保的比例不断增加，机组、叶片因雷损失的比例也不断扩大。2014年业主统计发下按有200余只叶片损坏，其中因雷损失比例高达80%。造成目前叶片因雷损失比例增高的主要原因是叶片防雷设计基本没有进行雷击设计验证、叶片防雷系统有效接闪率低、接闪器设计冗余不足导致的。本文将对叶片的因雷损失进行分析，并提出一种针对既有叶片的防雷改造方案。 关键词：叶片防雷有效接闪率雷击导流器 1.叶片防雷系统的缺陷 叶片防雷是一个近年逐渐被提及的问题，早期对于叶片厂、业主而言很少会提及叶片的防雷问题，主要原因在于装机总量低，因雷导致的叶片损坏比例小。而随着全国装机总量的不断突破，装机密度的不断增加，雷电灾害引起的防雷问题，逐渐得到了业主、叶片厂和行业的重视。早期的叶片主要被国外企业所控制，对于国外企业的叶片防雷系统设计耐受水平较低，并不适用与高雷暴活动区域。主要原因在于：以欧洲为代表的叶片制造企业所处的为主均泉流雷电活动较低的地区，年均雷暴活动密度不足每平方公里5个闪电（地闪），这个数据从德国和丹麦多年雷击统计可以发现，在德国和丹麦多年统计的雷击数据总量不如我国一年发生雷击总量；在这种气候条件背景下，
国外的叶片防雷设计一直处于较低的耐受水平。而对于国内，我国多数地区属于强雷暴活动区域，加之装机密度高，单位区域的雷电活动比例远远高于国外，因此，采用较低防雷耐受水平的产品在国内必然会出现水土不服的问题，叶片因雷损坏率高就说明了这个问题。 其次，从技术从面上看，早期的叶片防雷系统并没有进行防雷系统的实验验证。无法从叶片的出厂报告中获知叶片防雷系统的有效接闪率是多少,叶片可耐受的超值雷电流峰值是多少。任何应用于风电行业的产品都是经过试验验证的，而最为重要部件的叶片防雷系统却很少听到有那个厂家做过叶片的雷击试验验证。这就导致了行业中叶片防雷系统有效接闪率低下、防雷系统无效的现状。 第三，作为叶片防雷系统中最为重要的接闪器、引下线均没有做过任何电流载荷测试。在一个标称为可耐受首次雷击200KA的叶片上我们发现，在通过40KA雷电流的时候接铝合金闪器就已经出现了严重金属升华，造成叶片表面蒙皮因高温造成开裂及损伤。
目录 1.编制目的................................................................................................................................................. 2.风电厂地貌及接地电阻要求 ............................................................................................................ 3．编制依据............................................................................................................................................. 4.防雷接地系统 ....................................................................................................................................... 4.1总接地网 ..................................................................................................................................... 4.2风力发电机组接地布置.......................................................................................................... 4.3集电线路铁塔接地型式.......................................................................................................... 5.接地材料................................................................................................................................................. 5.1材料选择 ..................................................................................................................................... 5.2材质要求 ..................................................................................................................................... 6．质量保证措施.................................................................................................................................... 7．安全保证措施.................................................................................................................................... 防雷接地施工专项方案
风力发电机叶片的设计 经济、能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。随着全球气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发越来越受到重视，如核能、地热能、风能、水能等新能源及生物质能、氢能的二次能源的开发应用也日益发展起来。而在这些新兴的能源种类中，核能的核废料处理相当困难，并且其日污染相比火电厂更为严重，同时需要相当严密的监管控制能力以防止其泄露而产生不可估量的破坏，国际上这些例子也是相当多的。而地热能的开发势必要依赖与高科技，在当今对地热开发利用还不完善的现状下，更是难以做到，并且其开发对地表的影响也相当大。而风能则作为太阳能的转换形式之一，它是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，不产生任何有害气体和废料，不污染环境。海上，陆地可利用开发的可达2×1010kW，远远高于地球水能的利用，风能的发展潜力巨大，前景广阔。 自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都在加紧对风能的开发和利用，减少二氧化碳等温室气体的排放，保护人类赖以生存的地球。风力发电技术相对太阳能、生物质等可再生能源技术更为方便，成本更低，对环境破环更小，作为清洁能源的主要利用方式而飞速发展，且日益规模化。一、叶片设计的意义 在风力发电机中叶片的设计直接影响风能的转换效率，直接影响其年发电量，是风能利用的重要一环。本文主要是设计气动性能较好的翼型与叶片并进行气动分析。而翼型作为叶片的气动外形，直接影响叶片对风能的利用率。现在翼型的选择有很多种，FFA-W系列翼型的优点是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比，并且在非设计工况下具有良好的失速性能。叶片的气动设计方法主要有依据贝茨理论的简化设计方法，葛老渥方法与维尔森方法。简化的设计方法未考虑涡流损失等因素的影响，一般只用于初步的气动方案的设计过程；葛老渥方法则忽略了叶尖损失与升阻比对叶片性能的影响，同时在非设计状态下的气动性能也并未考虑；维尔森方法则较为全面是现今常用的叶片气动外形设计方法。本文通过相关的叶片设计理论结合相关软件来设计并简单的优化叶片。 叶片设计的要求不仅需要参考和选用设计标准，还应考虑风电机组的具体安装和使用情况。叶片的设计过程需要根据总体设计方案，并结合具体的技术要求，通过系统的启动设计和结构设计，实现设计目标。一般而论叶片设计可分为空气动力学设计阶段和结构设计阶段。启动设计阶段需要通过选择叶片几何最佳外形，实现年发电量最大的目标；结构设计阶段需要通过选择分析选择叶片材料、结构形式和其他设计参数，实现叶片强度、刚度、稳定性以及动特性等目标，叶片基