1、1潘以周潘以周 2标准基础概念防护产品-SPD风机种类1243 3第一部分：风机防雷的技术基础第一部分：风机防雷的技术基础3一、风机防雷相关的主要标准一、风机防雷相关的主要标准序号标准号（系列）标准名称（系列）1IEC TR61400-24WTGS第24雷电防护2IEC 62305雷电防护3IEC 61000电磁兼容性EMC4IEC 60204电机5IEC 61643SPD6IEC 60364建筑物电气装置7IEC 60099无间隙氧化锌避雷器无间隙氧化锌避雷器4二、风机防雷的技术基础二、风机防雷的技术基础基础概念基础概念 直击雷的形成直击雷的形成 风力发电机上空的雷云层中，正负极性电荷分离。
2、正电荷在上，负电荷在下端。数量巨大的负电荷会导致大地感生正电荷的积聚；当大气的绝缘被打破时，堆积的电荷将会透过雷击传导到大地。5电力线路电力线路信号线路信号线路雷击大地雷击大地云层间雷击云层间雷击雷击接闪器雷击接闪器雷击电网保护线雷击电网保护线电网电网二、风机防雷的基础概念二、风机防雷的基础概念 雷电过电压的形成示例雷电过电压的形成示例6 雷击接闪器形成的地电位反击雷击接闪器形成的地电位反击二、风机防雷的基础概念二、风机防雷的基础概念7建筑物建筑物1用电用电设备设备大约大约100kV100kV等电位等电位1 1用电设备用电设备建筑物建筑物2等电位等电位2 2电力线电力线二、风机防雷的基础概念二
3、、风机防雷的基础概念 雷击接闪器（阻性耦合）（阻性耦合）形成的传导过电压8二、风机防雷的基础概念二、风机防雷的基础概念 感应感应 电路电路建筑物建筑物1用电用电设备设备大约大约100kV100kV等电位等电位1 1用电设备用电设备建筑物建筑物2等电位等电位2 2电力线电力线 雷击接闪器（感性耦合）（感性耦合）形成的传导过电压9二、风机防雷的基础概念二、风机防雷的基础概念 近处雷击（容性耦合）（容性耦合）形成的传导过电压10燃气管道燃气管道自来水管道自来水管道通信系统通信系统网线系统网线系统电力系统电力系统接地系统接地系统LPZ0LPZ1具有阴极保护的管道具有阴极保护的管道等电位等电位建筑物内所
4、有金属导体的连接建筑物内所有金属导体的连接所有金属设备直接连接所有金属设备直接连接具有工作电压的设备通过具有工作电压的设备通过SPD间接连接间接连接外部雷电防护装置外部雷电防护装置二、风机防雷的基础概念二、风机防雷的基础概念 管道的等电位连接11 雷电防护区域（LPZLPZ）的划分二、风机防雷的基础概念二、风机防雷的基础概念代号名称1接闪器2接地装置3钢筋4引下线5低压配电系统6通信系统7通风系统8屏蔽装置9终端设备12主配电屏分路配电屏用户设备端主等电位连接排局部等电位连接排级SPD 级SPD 级SPD 根据LPZ划分进行雷电过电压的防护二、风机防雷的基础概念二、风机防雷的基础概念13 SP
5、D试验分级用作对SPD分级的参数予处理15次冲击的脉冲动作负载试验的脉冲用途主要应用保护区LPZ级试验级试验(T1/B)冲击电流冲击电流Iimp标称放电电流In冲击电流冲击电流Iimp雷电保护雷电保护-等电位连接等电位连接电气装置直击雷保护电气装置直击雷保护0、1级试验级试验(T2/C)标称放电标称放电电流电流In最大放电电最大放电电流流Imax电气装置过电压保护电气装置过电压保护1、2级试验级试验(T3/D)组合波组合波Uoc组合波组合波Uoc组合波组合波Uoc配电和控制系统过电压保配电和控制系统过电压保护，护，L、N-PE和和L-N的线间保护的线间保护2、3三、风机防雷的防护产品三、风机防
6、雷的防护产品 SPD的分类14型式型式原理原理优缺点优缺点(1)笼型异步发电机一般为双极数(4/6极)、双功率，风速低时，用小功率发电机发电，风速高时就用大功率发电机发电结构简单，成本低，易于维护；但只在两个风速下具有较佳的输出系数，无法有效利用不同风速时的风能；并网控制切换较麻烦,还需无功补偿(2)绕线型双馈异步发电机转子绕组接入交流励磁变频器，风速变化时，通过调节励磁电流的频率、幅值、相序，使定子输出恒频恒压实现变速恒频，效率高，变频器的功率小(只需要发电机功率的1/4)(3)永磁同步发电机由永磁体产生磁场，定子经变频器整流逆变后向电网输出容易实现低转速多极对数，可以采用直驱形式，省去齿轮
7、箱；但永磁材料的稳定性较差，发电机的体积重量大，且变频器功率大(1.31.5Pn)(4)电励磁同步发电机电励磁同步发电机由外接到转子上的直流电产生磁场由外接到转子上的直流电产生磁场,定定子经变频器整流逆变后向电网输出子经变频器整流逆变后向电网输出容易实现低转速多极对数，可以采用容易实现低转速多极对数，可以采用直接驱动形式，省去齿轮箱；但转子直接驱动形式，省去齿轮箱；但转子机械动平衡困难，增加励磁电流控制机械动平衡困难，增加励磁电流控制装置，变频器功率大装置，变频器功率大四、风机的种类四、风机的种类15五、双馈异步发电机原理五、双馈异步发电机原理双馈异步发电机为带滑环的绕线型三相异步电机，转子绕
8、组接入一个频率、幅值、相序均可调节的三相逆变电源，来调整发电机的运行，定子输出直接上网。给定频率f1f2频率控制电压控制反馈电压给定电压16五、双馈异步发电机原理五、双馈异步发电机原理 双馈异步发电机转子上有三相对称绕组，如果通入三相对称交流电，则将在电机气隙内产生旋转磁场，此旋转磁场的转速与所通入的交流电频率及电机的极对有关：n2=60f2/p.n2为绕线转子三相对称绕组通入频率f2的三相对称电流后所产生的旋转磁场,相对于转子本身的转速。若改变频率f2，即可改变n2，若改变通入转子三相电流的相序，则可改变转子旋转磁场的方向。因此，若设因此，若设n1n1为对应于电网频率为为对应于电网频率为50
9、Hz50Hz（f1=50Hzf1=50Hz）时）时异步发电机的同步转速，异步发电机的同步转速，n n为异步电机转子本身的旋转速度，为异步电机转子本身的旋转速度，则只需要维持则只需要维持n nn2=n1n2=n1为常数，则异步发电机定子绕组的感为常数，则异步发电机定子绕组的感应电势的频率始终保持为应电势的频率始终保持为f1f1不变。不变。17潘以周潘以周18风力机组的故障、维修图风力机组的故障、维修图风力机组与过压有关的特点风力机组与过压有关的特点风力机组过电压整体防护图风力机组过电压整体防护图-整体、外部、内部整体、外部、内部外部引雷中的关键技术：叶片、轴承、齿轮、接地外部引雷中的关键技术：叶
10、片、轴承、齿轮、接地1243 3第二部分：风电机组防雷现况第二部分：风电机组防雷现况19一、风力机组的故障、维修图一、风力机组的故障、维修图维修费维修费20一、风力机组的故障、维修图一、风力机组的故障、维修图停机时间停机时间21二、风电机组与过压有关的特点二、风电机组与过压有关的特点环境恶劣自身高度高，易遭雷击和雷电过电压的入侵22二、风电机组与过压有关的特点二、风电机组与过压有关的特点环境恶劣温差大、有振动23二、风电机组与过压有关的特点二、风电机组与过压有关的特点环境恶劣雷电流路径-从叶片-大地 叶片和机舱是转动的叶片和机舱是转动的 叶片是雷电流必经之路叶片是雷电流必经之路 大部分雷电流流
11、过或靠近风机部件大部分雷电流流过或靠近风机部件24ACACDC电网400/690VAC400/690VAC变压室控制系统变速箱690V/20 kV发电系统配电系统AC-DC-AC 换流环节换流环节 EMC污染污染二、风电机组与过压有关的特点二、风电机组与过压有关的特点系统采用换流技术引起严重的电磁兼容问题 双馈式风力发电机电路图25风力发电系统风力发电系统(IT)系统系统电压等级：电压等级：400/690 V400/690 VACAC利用变频励磁发电利用变频励磁发电发电设备绝缘薄弱发电设备绝缘薄弱低压配电系统低压配电系统(TT,TN)系统系统电压等级：电压等级：230/400 V230/400
12、 VACAC无无电工设备耐压高电工设备耐压高系统差异对过电压防护的影响系统差异对过电压防护的影响二、风电机组与过压有关的特点二、风电机组与过压有关的特点 大功率风力发电系统与配电系统的部分差异26接地条件差二、风电机组与过压有关的特点二、风电机组与过压有关的特点27风力机过电压防护外部直击雷IGBT操作过电压防护内部LEMP接闪疏导接地等电位等电位屏蔽布线限幅叶片避雷针带、网防雷引下线接地装置等电位连接等电位连接屏蔽栅屏蔽网屏蔽线穿过金属管子SPD直击雷防护引流减感应泄放防反击防击穿防击穿减感应减感应封闭电流防击穿减感应滤波滤波器过滤高频减低dv/dt三、风力机组过电压整体防护图三、风力机组过
13、电压整体防护图28三、风力机组过电压整体防护图三、风力机组过电压整体防护图29三、风力机组过电压内部防护图三、风力机组过电压内部防护图30三、风力机组过电压内部防护图三、风力机组过电压内部防护图31四、外部引雷中的关键技术四、外部引雷中的关键技术叶片叶片32四、外部引雷中的关键技术四、外部引雷中的关键技术叶片叶片防雷u将雷电流从叶片雷击点引向轮毂u叶片嵌入接闪器u黏贴金属箔u内部设置引下线并有独立接收装置u叶片表面喷镀金属或嵌入金属丝或网 材料:GRP（玻璃钢）、CRP（碳玻璃钢）u叶片与轮毂的连接-通过轴承、从轴承搭接或软电缆再与其引下线的最里面部分连接33防雷四、外部引雷中的关键技术四、外
14、部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱轴承和齿轮箱1.慢动的浆距和偏航轴承可用软线或滑动接点传递雷电流至引下线2.主轴承、齿轮箱和发电机轴承需传递雷电流和减小磨损,方法:n 电刷n 火花间隙n 多路并联型碳刷n 碳刷+火花间隙34四、外部引雷中的关键技术四、外部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱轴承和齿轮箱35四、外部引雷中的关键技术四、外部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱轴承和齿轮箱36四、外部引雷中的关键技术四、外部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱轴承和齿轮箱37四、外部引雷中的关键技术四、外部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱轴承和齿轮箱38四、外部引雷中的关键技术四、外部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱轴承和齿轮箱3
15、9潘以周潘以周40发电机绕组绝缘的寿命与波形之关系发电机绕组绝缘的寿命与波形之关系过电压标准、变频器供电电机标准中有关过电压标准、变频器供电电机标准中有关EMC的陈述的陈述第三部分：风机雷电过电压（电涌）的防护第三部分：风机雷电过电压（电涌）的防护双馈风力机双馈风力机LEMP的防护设计的防护设计-转子、定子转子、定子操作过电压操作过电压雷电电磁脉冲与操作过电压的差别雷电电磁脉冲与操作过电压的差别SPD间的型谱间的型谱1243 3工作电压和频率工作电压和频率系统短时工频过电压系统短时工频过电压雷电流大小雷电流大小转子、定子防护设计示例转子、定子防护设计示例IGBT工作时的工作时的EMC情况情况4
16、1有交流380、480、690V和直流（同步）频率：+3+18HZ；-3-18HZ一、双馈风力机一、双馈风力机LEMP的防护设计的防护设计转子转子转子使用条件uIT 系统,Y 接法u工作电压：L-Lu短时工频过电压（堵转时）：18002200V,50HZuIGBT的操作过电压:U;dv/dt;Nu雷电流：T2（8/20s），IN=15KA，IMAX=30KA42一、双馈风力机一、双馈风力机LEMP的防护设计的防护设计定子定子定子使用条件uIT 系统,接法u工作电压：L-L交流690V，50HZu短时工频过电压：1.3UN,3 m inuIGBT的操作过电压:U;dv/dt;Nu雷电流：T2（8
17、/20s），IN=15KA，IMAX=30KA43一、双馈风力机一、双馈风力机LEMP的防护设计的防护设计安装位置安装位置44一、双馈风力机一、双馈风力机LEMP的防护设计的防护设计示例之一示例之一45一、双馈风力机一、双馈风力机LEMP的防护设计的防护设计示例之二示例之二46一、双馈风力机定子一、双馈风力机定子LEMP的防护设计的防护设计示例之一示例之一47一、双馈风力机定子一、双馈风力机定子LEMP的防护设计的防护设计示例之二示例之二48二、双馈风力机的操作过电压二、双馈风力机的操作过电压pIGBT的工作情况分析p发电机绕组的绝缘寿命与试验波形的关系p过电压防护标准p变频调速标准有关EMC
18、的陈述49二、双馈风力机二、双馈风力机IGBT的操作过电压的操作过电压GB/T 21707-2008(IEC62068）变频调速专用三相异步电动机绝缘规范 对变频调速三相异步电动机绝缘结构的要求:抗高频脉冲电压能力脉冲频率20kHz 方波、双极性、3kV脉冲上升时间，ns60020010040电磁线寿命，h502012？GB/T 20161-2008(IEC60034-17）变频器供电的笼型感应电动机应用导则 GB/T 21209-2007(IEC60034-25）变频器供电的笼型感应电动机设计和性能导则 GB/T21056-2007风机、泵类负载变频调速节电传动系统及其应用技术条件 电磁兼容
19、性要符合GB/T17626.4-1998(IEC61000-4-1995)中等级3的要求,性能判据B.低压系统防雷保护保护指出操作过电压分宽带高能量传导和宽带低能量操作电压干扰(后者即脉冲群抗扰度试验),见VDE0847-4-4,波形为5/50 ns.GB/Z 21713-2008低压交流电源（不高于1000V）中的浪涌特性中，对操作浪涌提出了附加ETF脉冲群5/50ns 的试验.50二、双馈风力机二、双馈风力机IGBT的操作过电压的操作过电压51雷电电磁脉冲操作过电压In=15kA,8/20sUn:2-3Un模拟雷电特性，s级dv/dt 高，ns级相-地相-相几次/年数千次/秒三、雷电电磁脉
20、冲与操作过电压的差别三、雷电电磁脉冲与操作过电压的差别52四、四、SPD的型谱与安装的型谱与安装53四、四、SPD的型谱与安装的型谱与安装54四、四、SPD的型谱与安装的型谱与安装55四、四、SPD的型谱与安装的型谱与安装56保护对象与安装位置端电压,V1.电源端头L-L6902.电控柜（塔筒下部电控室）L-L230*3.电控柜（塔筒下部电控室）L-N24/484.转子电源交直交换流器柜（塔筒下部电控室）L-L380*、480*、690*5.主断路器L-N2306.电控柜（塔顶电控室）L-N230*7.转子（塔顶电控室）L-L380*、480*、690*8.定子（塔顶电控室）L-L6909.H
21、UB（塔顶轮毂变浆通信控制）L-N24、48；230*10.光障系统（塔顶电控室）L-L23011.风速机（塔顶电控室）L-N2412.变浆系统通信线路（塔顶电控室）Un2413.气象测量信号数据线（塔顶电控室）Un4814.数据线或总线保护（塔顶电控室）Un6、6、2415.数据线或总线（塔顶电控室）Un6、6、2416.调制解调器和电话线（塔顶电控室）Un48、200四、四、SPD的型谱与安装的型谱与安装572010年4月上海电器科学研究所（集团）有限公司潘以周潘以周58风力机过电压防护有雷电过压和操作过压标准-是分析的依据，主要有IEC 61400-24，IEC 62305GB/T 21
22、714.1建筑物雷电防护系列，GB/T21707，GB/T20161,IEC 61000系列风力发电机系统的雷电防护热点：叶片、主轴承和齿轮等风力机过电压防护的热点：发电机绕组(转子、定子)IGBT的EMC结论59谢谢大家人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。鼓舞我们前进。
