風電機組是不斷旋轉(zhuǎn)運動的機械,于是又出現(xiàn)了一個特殊問題——雷擊的風險出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)葉片上多處,并且不止一個葉片遭到雷擊。原因是一次雷擊包含有幾個不連續(xù)的脈沖,即雷擊的連續(xù)性,一次雷擊的持續(xù)時間達到1s,這一時間足以使多個葉片暴露在雷電中(例如一個3 葉片的風電機組的旋轉(zhuǎn)速度為20 r/min,那么每個葉片的運動速度就為120°/s)。
雷擊葉片時,雷電流通過整個機組構(gòu)筑物入地,包括槳距軸承、輪轂和主軸軸承、齒輪、發(fā)動機軸承、底座、偏航軸承和塔架。雷電流流經(jīng)齒輪和軸承可使其損壞,特別是在滾輪和滾道之間以及齒輪與輪齒間有潤滑層時,損壞更嚴重。
風電機組的防雷問題,可以理解為有成千上萬高度超過100m 的高大建筑物,位于荒郊野地,很容易遭受雷擊。這些構(gòu)筑物內(nèi)有復雜的電氣和控制設(shè)備,外部用復合材料制成,還有長達60m 的旋轉(zhuǎn)的葉片。過去各國的經(jīng)驗已經(jīng)證明,位于雷電頻發(fā)地區(qū)的風電機組,在它服務(wù)壽命期內(nèi),都會遭到數(shù)次雷擊。因此,風電機組的防雷必須引起人們的注意。
3 IEC 61400技術(shù)標準概要
3.1 IEC 61400技術(shù)標準編制背景2006 年, 國際電工委員會(IEC)第81 委員會(TC81) 完成了系列標準IEC 62305 :2006 Protection againstLightning,我國于2008 年將其等同采用為國家標準,即GB/T 21714—2008《雷電防護》。這時,IEC TC 88 第24 項目組提出以IEC 62305 :2006 為主要參考文件,將IEC 61400 :2002 由技術(shù)報告升級為技術(shù)標準。第24 項目組希望有更多的防雷專家與風電機組的制造商合作,將防雷專家咨詢變?yōu)榉览讓<覅⑴c完成防雷工作。雖然,風電機組的防雷還有一些未解決的難題(如葉片的有效防雷),但過去幾十年的研究和經(jīng)驗證明,只要采取的措施得當,風電機組是可以防范雷電損壞的。
新的IEC 61400-24 注重將現(xiàn)存的IEC 62305 系列防雷標準、IEC 61000 系列EMC 標準、電機系統(tǒng)標準、電氣系統(tǒng)標準兼顧,并考慮將葉片和最新的航空工業(yè)的研究成果和發(fā)布的標準SAE/EUROCAE 等應(yīng)用到風電機組上,以達到保護電器和控制系統(tǒng)以及整個機組結(jié)構(gòu)的目的。新的標準強調(diào)用試驗證明防護系統(tǒng)設(shè)計的有效性,提出對葉片進行高電壓大電流試驗。高電壓大電流試驗最初用來進行飛機結(jié)構(gòu)合格檢驗,現(xiàn)在許多葉片制造廠家已經(jīng)用來檢驗葉片和風電機組雷電導流系統(tǒng)中的分離部件的導流和耐流能力。

3.2 新IEC 61400-24處理的主要題目
3.2.1 風電機組雷電環(huán)境定義
新IEC 61400-24 認為,IEC 62305-1定義的雷電流參數(shù)基本上也可用于風電機組的雷電防護系統(tǒng)設(shè)計以及防雷部件的選擇和測試。