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1、1,风力发电机组的过电压保护,潘以周,第一部分：风机防雷的技术基础,2,标准,基础概念,防护产品-SPD,风机种类,2,4,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,4,二、风机防雷的技术基础基础概念,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。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,信号线路,雷击大地,云层间雷击,雷击接闪器,雷击电网保护线,电网,二、风机防雷的基础概念,雷电过电压的形成示例,6,雷击接闪器形成的地电位反击,二、风机防雷的基础概念,7,建筑物
2、1,用电设备,大约100kV,等电位1,用电设备,建筑物2,等电位2,电力线,二、风机防雷的基础概念,雷击接闪器（阻性耦合）形成的传导过电压,8,二、风机防雷的基础概念,雷击接闪器（感性耦合）形成的传导过电压,9,二、风机防雷的基础概念,近处雷击（容性耦合）形成的传导过电压,10,燃气管道,自来水管道,通信系统,网线系统,电力系统,接地系统,LPZ0,LPZ1,具有阴极保护的管道,等电位,建筑物内所有金属导体的连接,所有金属设备直接连接,具有工作电压的设备通过SPD间接连接,外部雷电防护装置,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（LPZ）的划分,二、风机防雷的基础概念,
3、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,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,13,三、风机防雷的防护产品,SPD的分类,14,四、风机的种类,15,五、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。,16,五、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f
4、2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n1为对应于电网频率为50Hz（f1=50Hz）时异步发电机的同步转速，n为异步电机转子本身的旋转速度，则只需要维持nn2=n1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f1不变。,17,风力发电机组的过电压保护,潘以周,第二部分：风电机组防雷现况,18,风力机组的故障、维修图,风力机组与过压有关的特点,风力机组过电压整体防护图-整体、外部、内部,外部引雷中的关键技术：叶片、轴承、齿轮、接地,2,4,第二部分：风电机组防雷现况,
5、19,一、风力机组的故障、维修图维修费,20,一、风力机组的故障、维修图停机时间,21,二、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,环境恶劣,温差大、有振动,23,二、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 叶片是雷电流必经之路 大部分雷电流流过或靠近风机部件,24,AC-DC-AC 换流环节,EMC污染,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(IT)系统电压等级：400/690 VAC利用变频励磁发电发电设
6、备绝缘薄弱,低压配电系统(TT,TN)系统电压等级：230/400 VAC无电工设备耐压高,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,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,27,三、风力机组过电压整体防护图,28,三、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,30,三、风力机组过电压内部防护图,31,四、外部引雷中的关键技术叶片,32,四、外部引雷中的关键技术叶片,防雷,将雷电流从叶片雷击点引向轮毂,叶片嵌入接闪器,黏贴金属箔,内部设置引下线并有独立接收装置,叶片表面喷镀金属或嵌入金属丝或网 材料:GRP（玻
7、璃钢）、CRP（碳玻璃钢）,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:电刷 火花间隙 多路并联型碳刷 碳刷+火花间隙,34,四、外部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱,35,四、外部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱,36,四、外部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱,37,四、外部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱,38,四、外部引雷中的关键技术轴承和齿轮箱,39,潘以周,第三部分：风力发电机的过电压（电涌）的防护,
8、风力发电机组的过电压保护,40,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EMC的陈述,第三部分：风机雷电过电压（电涌）的防护,双馈风力机LEMP的防护设计-转子、定子,操作过电压,雷电电磁脉冲与操作过电压的差别,SPD间的型谱,2,4,工作电压和频率,系统短时工频过电压,雷电流大小,转子、定子防护设计示例,IGBT工作时的EMC情况,41,有交流380、480、690V和直流（同步）频率：+3+18HZ；-3-18HZ,一、双馈风力机LEMP的防护设计转子,转子使用条件,IT 系统,Y 接法,工作电压：L-L,短时工频过电压（堵转时）：18002200V,50HZ
9、,IGBT的操作过电压:U;dv/dt;N,雷电流：T2（8/20s），IN=15KA，IMAX=30KA,42,一、双馈风力机LEMP的防护设计定子,定子使用条件,IT 系统,接法,工作电压：L-L交流690V，50HZ,短时工频过电压：1.3UN,3 m in,IGBT的操作过电压:U;dv/dt;N,雷电流：T2（8/20s），IN=15KA，IMAX=30KA,43,一、双馈风力机LEMP的防护设计安装位置,44,一、双馈风力机LEMP的防护设计示例之一,45,一、双馈风力机LEMP的防护设计示例之二,46,一、双馈风力机定子LEMP的防护设计示例之一,47,一、双馈风力机定子LEMP
10、的防护设计示例之二,48,二、双馈风力机的操作过电压,IGBT的工作情况分析发电机绕组的绝缘寿命与试验波形的关系过电压防护标准变频调速标准有关EMC的陈述,49,二、双馈风力机IGBT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
11、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IGBT的操作过电压,51,三、雷电电磁脉冲与操作过电压的差别,5
12、2,四、SPD的型谱与安装,53,四、SPD的型谱与安装,54,四、SPD的型谱与安装,55,四、SPD的型谱与安装,56,四、SPD的型谱与安装,57,2010年4月,风力发电机组的过电压保护,上海电器科学研究所（集团）有限公司,潘以周,第四部分：总结,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 21714.1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，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，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，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。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，鼓舞我们前进。,
