IEC-61400-24风力涡轮发电机系统-雷电保护(中文版).docx

TECHNICALREPORTIECTR61400-24第1版2002-07风力涡轮发电机系统-第24部分:雷电防护序4绪论51 范围62 定义73雷电和风力涡轮机H3.1 闪电的特性113.2 雷电泄放形式和电学参数H3.3 云对地闪击123.3.1 云对地负闪击123.3.2 云对地雷电正闪击143.4 向上发生的闪电153.5 风力涡轮机的雷电防护一常见问题173.6 现有涉及到防雷的IEC标准和技术报告184雷电损坏统计204.1 风力发电机机遭雷击损坏数据204.2 损坏统计204.2.1 损坏事故频率204.2.2 风力发电机各部件损坏情况214.2.3 风力发电机功率大小与出厂年限分析224.2.4 损坏的维护费用234.2.6 雷击事故分布的季节性254.3 数据库的优点和缺点264.3.1概要264.3.2丹麦264.3.3德国274.3.4瑞典274.4结论和建议274.4.1结论274.4.2数据库的完善285风力发电机遭雷击损坏的风险分析285.1 引言285.2 风力发电机遭雷击频率的评估295.3 IEC61024-1-1标准的应用305.4 IEC61662的应用325.5 叶片防雷保护系统成本的分析345.6 关于风力发电机控制系统防雷保护成本的分析356风力发电机叶片的防雷保护366.1 叶片结构366.2 叶片损害机制386.3 风力涡轮机叶片的防雷保护386.3.1 一般性的问题386.3.2 叶片表面或嵌入叶片表面的接闪系统396.3.3 胶粘金属带和分段分流器396.3.4 内部引下系统406.3.5 表面传导材料406.4 拦截效率406.5 材料规格416.7 碳化塑料(CRP)436.8 叶片内部配线447轴承与齿轮箱的防护447.1 交流、直流电流对轴承造成的损害447.2 雷电流对轴承造成的损害447.3 实验研究457.4 雷击损坏齿轮箱457.5 轴承与齿轮箱零件的雷电防护458电气系统和控制系统的防护468.1 介绍468.2 电气设备配置478.2.1 电气系统478.2.2 控制系统488.3 防雷分区491.1.1 3.1O区501.1.2 其他区域501.1.3 分区边界511.1.4 保护区域要求528.4浪涌耦合机制521.1.1 4.1传导521.1.2 电容性耦合521.1.3 磁场耦合538.5 等电位和屏蔽548. 5.1等电位549. 5.2屏蔽558.6 浪涌防护568.6.1 一般的浪涌保护578.6.2 电气设备的浪涌防护578.6.3 信号电路的浪涌保护578.6.4 浪涌保护器的安装位置588.7 总结589接地599.1 单个风机涡轮机的防雷接地装置591 .1.1A型接地599 .L1B型接地599.2 风电场的防雷接地装置6110人身安全6210.1 一般规定6210.1.1 机舱6210.1.2 2塔体6210.1.3 地平面6210.1.4 人员的指导6311总结及对进一步工作的建议64国际电工委员会风力涡轮机发电机系统-第24章：雷电防护序1) IEC(国际电工委员会)是世界性标准化组织，其所有成员为国家电工委员会。它致力于促进在电气和电子领域内所有关于标准化问题的国际合作。为着本目标及其他相关活动，IEC发行公布国际标准。前期工作委托给技术委员会；任何IEe组成成员如对该问题感兴趣，可参与准备工作。与IEC有交往的国际性的、政府间的、以及民间组织也可参与该工作。IEC与ISO在两组织己达成的协议条件下保持着密切合作。2) IEC关于技术问题的正式决定或协议，尽可能地表述为相关的国际公认标准。因每一技术委员会拥有来自代表各国利益的各国委员会的代表。3) 为方便国际间合作、产生的文件以各国委员会易接受的形式印发，如：标准、技术规格、技术报告或指南形式等。4) 为促进国际间的统一化，IEC成员致力于在其各自国家和地区最大可能地应用IEC国际标准。IEC标准和对应的国家或地区标准的任何分歧均在后面清晰指明。5) IEC不提供声明同意等程序，不对任何声称符合其某标准的设备负责。6) 本国际标准的一些要件可能为某一专利权所属，此点需注意，对此类专利的确认IEC不负任何责任。IEC国际电工委员会的主要责任是制定国际标准.然而，当技术委员会收集到有异于通常的国际标准的资料时有可能会发表一份技术报告，例如目前的工艺发展水平。当技术报告被修订组认为不在有用或者有效时将不再对其进行审查和校订。IEC61400-24,是由国际电工委员会88小组所编制的一份技术报告：风力发电系统。此标准的正文基于下列文件：征求意见稿表决报告88/128/CDV88/142/RVC关于表决通过此标准的全部信息在上表的表决报告可以找到.此公布是根据IS0/IEC指示第3部分起草的.这份文件，只是纯粹的资料，并不能把它认做为一份国际标准.委员会决定此公布的内容将不作变更直至2007.此公示将 重新确认； 撤消； 由修订版代替 修正.绪论在过去的几年中雷击对风车的损害己经被认为是一个日益严重的问题.涡轮机的数量日益增多，其安装高度导致雷击损坏已经超出了预期的维修费用所能接受的水平.风力涡轮机雷击故障可靠性运行能力变得和如何增大涡轮机以及涡轮机运行能力一样被关注.所以尤其是当多个大型风力涡轮机在一个风电场一起工作时，可能会由于一次雷击而造成多次损害，这样的情况是难以承受的.不同于其他电气设施，如架空线路，变电站和发电厂，保护导体是安装在设备的周围还是在上方也在探究中，由于它的实际大小和自然情况的不同，风力涡轮机碰到了不同的雷电防护问题.典型的风力涡轮机通常有两个或者三个叶片，距地面的高度达到100m或者100m以上。此外，还有广泛使用绝缘复合材料，如玻璃纤维增强塑料，作为承载零件.雷电防护系统已经被纳入到风力涡轮机中各个的部分，以确保所有可能被雷击点能够承受雷电电流的冲击，并且在不造成损害和干扰的情况下将雷电电流从雷击点安全引导入地.最后这份技术报告是用来告知在不同国家和地区的设计师、用户、经销商、认证机构关于风力涡轮机雷电防护的安装程序.风力涡轮机发电机系统第24部分:雷电防护1范围最近几年，各大风力发电机制造商为雷电防护系统做出了不懈努力，一些新的经验和设计不断出现.所以选择一个比较好的时间来考虑和编写一个适合大部分制造商和运营商的关于风力涡轮机雷电防护的标准。基于以上背景，以下工作是组成一个新的工作小组，具体目标是准备一份技术报告，然后再考虑开发完全符合的标准：确定常见的与风力涡轮机雷电防护相关的问题；收集和整理现有的旧的和新的关于风力涡轮机设计方案；用合适的方法评估风力涡轮机雷电损害风险，从而尽可能地作出可靠的雷电防护成本效益评估；说明和叙述适当的风力涡轮机雷电防护系统组成，考虑到风力涡轮机在特殊自然情况和广泛应用时所使用的复合材料；编写一份技术报告阐述现在碰到的问题和解决方案，工作组需要确定和找出那些地方需要进一步研究和进行标准化工作.本技术报告的结构如下：第3章给出最新的雷击对风力发电系统的影响；第4章列出不同国家风力发电系统雷击损害数据；第5章描述风险评估；6-10章讨论防止需击损害的适当方法；第11章确定进一步研究的范围.2定义为达到本标准的目的，应使用下列定义2.1 可接受的的雷电闪击频率acceptedlightningflashfrequency(Ne)公认的每年最大的平均所能造成损害的雷电闪击频率。2.2 接闪器air-terminationsystem外部雷电防护系统LPS的一部分。2.3 连接导体bondingconductor将分开的装置的各个部分互相连接使他们的电位相等2.4 连接排bondingbar将金属装置、电力线路、电信线路和其他电缆与LPS连接的金属排2.5 危险火花dangeroussparking由导致受保护建筑物实体损害的雷击引起的电气放电2.6 建筑物直接雷击频率directlightningflashfrequencytoastructureGVd)建筑物预期平均每年可能遭受的直接雷击的的次数弓I下线down-conductorsystem1.PS的一部分，用于将雷电电流由接闪器引入接地体的装置2.7 向下闪击downwardflash在云和地表面之间由于向下引导发生的雷击。一个向下闪击含有一个首次短冲击，可随后发生后续短冲击，在一个长冲击之后可能随有一个或多个短冲击2.8 接地极earthelectrode接地装置的一部分或一组，用以直接与地面接触疏导雷电电流到大地接地系统earth-terminationsystem1.PS的一部分用于引导和疏散雷电电流到地2.9 有效高度effectiveheight()风力涡轮机所能达到的最大高度，也就是从中心点的高度再加上叶片半径2.10 雷电防护系统效率efficiencyofLPS(E)平均每年直接雷击而没有造成损失与直接雷击的次数的比值。雷电防护系统效率(E)能够用拦截效率(Ei)和分级效率(ES)的乘积来表示，用来表示LPS雷电防护系统对直接雷击的防护能力2.11 等效截收面积equivalentcollectionarea(Ae)建筑物等效截收面积是指与建筑物具有相同直接雷击频率的大地上一个平面的面积2.12 外部的雷电防护系统externallightningprotectionsystem它由接闪器系统、引下线系统和接地系统构成。2.13 闪电电荷flashcharge(Qtiash)在整个雷击闪电过程中雷击电流对时间的积分2.14 基础接地体foundationearthelectrode作为接地体的嵌入建筑物混凝土地基的钢筋或附加导体2.15 直接雷击损害频率frequencyofdamagebydirectlightningflashes建筑物雷击平均每年实体损害次数2.16 地闪密度groundflashdensity(Ng)关于建筑物所处地区，平均每年每平方公里所遭受的对地雷电闪击的次数2.17 拦截效率interceptionefficiency(Ei)接闪器拦截雷击的几率2.18 内部防雷系统internallightningprotectionsystem在外部防雷保护系统下提及的所有的附加措施，包括等电位连接、适当的安全距离和减小雷击受保护的建筑物时引起的电磁干扰2.19 雷击防护系统Hghtningprotectionsystem(LPS)为减少雷电闪击对建筑物的实体损害所用的整个系统，它也包括建筑物外部和内部的防护系统。2.20 雷击电流Iighmingcurrent(02.21 流过雷击点的电流2.22 1.PS的天然组成部分“natural”componentsofLPS被安装的并不专用于雷电防护的导体部分，除可以用于LPS外，一些情况下，还可提供1.PS部件的项或多