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       摘要：風力發(fā)電機多處于高原、高山、海邊等雷擊多發(fā)區(qū)，因其自身特點，遭受雷擊的概率較大。隨著發(fā)電功率的增加、風電裝機總量的快速增長，雷擊對風力發(fā)電機造成的損失不容忽視。風電雷電監(jiān)測系統(tǒng)專門針對風力發(fā)電機設計，能準確地掌握風力發(fā)電機遭受雷擊的時間、次數(shù)、幅值等，為該區(qū)域進行防雷設計或改造、保險理賠等提供依據(jù)。
 
　　風電雷電監(jiān)測系統(tǒng)安裝在風力發(fā)電機的輪轂及塔基內部或外部，能夠實時、準確的監(jiān)測到風力發(fā)電機葉片、塔基遭受雷擊時的雷電流信息。
 
　　關鍵字：羅氏線圈  雷電流采集器  風力發(fā)電機  雷電監(jiān)測系統(tǒng)
 
　　0 引言
 
　　雷電是自然界中的一種放電現(xiàn)象。
 
　　雷電放電和一般電容器放電本質相同，所不同只是這個電容器兩塊極板，并不是人為制造的，而是自然形成的。兩塊極板有時是兩塊云塊，有時一塊是云塊、另一塊則是大地或地面上凸出的建筑物。并且這兩塊極板間的距離比電容器大得多，有時可達數(shù)公里。因此，可以說雷電是一種特殊的電容器放電現(xiàn)象。
 
　　大氣中的飽和水蒸汽，由于氣候的變化，發(fā)生上升或下降的對流，在對流過程中由于強烈的摩擦和碰撞，水蒸汽凝結成的水滴就被壓分解成帶有正負電荷的小水滴，大量的水滴聚積成帶有不同電荷的雷云。隨著電荷的積聚，雷云的電位逐漸升高。當帶有不同電荷的兩塊雷云接近到一定程度時，兩塊雷云間的電場強度達到25-30kV/cm時，其間的空氣絕緣被擊穿，引起兩塊雷云間的擊穿放電；當帶電荷的云塊接近地面時，由于靜電感應，使大地感應出與雷云極性相反的電荷，當帶電云塊對地電場強度達到25-30kV/cm時，周圍空氣絕緣被擊穿，雷云對大地發(fā)生擊穿放電。放電時出現(xiàn)強烈耀眼的弧光，就是我們平時看到的閃電，閃電通道中大量的正負電荷瞬間中和，造成的雷電流高達數(shù)百千安，這一過程稱為主放電，主放電時間僅有μs級，放電波陡度高達50KA/μs 。
 
　　雷電放電過程中，可能呈現(xiàn)出靜電效應、電磁效應、熱效應及機械效應，對建筑物或電氣設備造成危害；雷電流泄入大地時，在地面產生很高的沖擊電流可達幾十至幾百千安，使電氣設備絕緣擊穿，引起火災或爆炸，造成設備損壞。
 
　　1 羅氏線圈型雷電流采集器的基本原理和簡單結構
 
　　1.1 羅氏線圈基本原理
 
　　羅氏線圈不含鐵磁性材料，故沒有飽和現(xiàn)象，且頻率范圍寬，響應速度快，所以能夠測量數(shù)千A到數(shù)十萬A的大電流而不飽和，同時線圈的重量輕，柔韌性適合任何形狀電極下安裝，經(jīng)過積分變送處理后幾乎沒有相位誤差影響，同時也沒有像普通互感器那要存在二次開路的危險等優(yōu)點，根據(jù)這些特點，我們結合雷擊電流產生的特性，從而設計了具有能夠快速的捕捉到雷電信息的產品，保證雷電流的大小，波形，時間等能夠實時的反饋給用戶，從而為以后的設計做好預案。
 
　　1.2  羅氏線圈簡單結構
 
　　羅氏線圈由于它具有柔韌性，可以定做到任意長度的線圈，所以在安裝上可以形式多樣且不占用空間，所以非常適用各種復雜空曠的裝配。
 
　　羅氏線圈固定在支架上，再用扎帶將羅氏線圈線纜固定好。

 
       
       1.3  雷電流采集器的基本原理
 
　　雷電流采集器采用FPGA芯片作為核心處理器，ADC模數(shù)轉換部分使用單獨的高達5MHz采樣率的ADC芯片作為采樣單元，后續(xù)處理和轉換使用高速的單片機進行數(shù)據(jù)的計算和相關數(shù)據(jù)的輸出。該產品能夠記錄500個雷電流的各種參數(shù)，包括雷擊次數(shù)、發(fā)生時間，峰值，極性，雷擊波形等。該產品采用標準的RS485接口，能夠很好的與各種設備之間進行通訊連接。
 
　　1.4 雷電監(jiān)測系統(tǒng)的基本結構
 
　　監(jiān)測系統(tǒng)用于監(jiān)測遭受雷擊的雷電流信息，該監(jiān)測系統(tǒng)主要由雷電流傳感器、雷電流采集器、中控屏、電源模塊及報警繼電器等組成。監(jiān)測信息可在觸摸屏上查看或系統(tǒng)無線傳出相關數(shù)據(jù)。

 

監(jiān)測系統(tǒng)框架圖
 
　　2 羅氏線圈型雷電流采集器的幾種采集實現(xiàn)方式
 
　　2.1 葉片式雷電流采集方式
 
　　葉片在整個風機中屬于裝配在最高的位置，極易遭受雷暴的襲擊，長時間雷擊不僅對葉片的使用壽命有一定的影響，還會通過葉片的傳導從而容易導致整個風電系統(tǒng)的癱瘓或損壞，我們根據(jù)這種情況，從而設計了對三個葉片進行全方位的監(jiān)控，把監(jiān)測到的雷電信息及時的傳送到監(jiān)控室，讓相關維護人員能夠準確的判斷到準確位置。

       2.2 塔式雷電流采集方式
 
　　被雷電擊中，風力發(fā)電機組就成為雷電泄放的通道。從附著點到大地，雷電流將流過任何阻抗最低的路徑泄放入地。因此，風力發(fā)電機組的入地引下線就布置在塔基的四個面，從而可以通過在塔基的四個面裝上羅氏線圈來監(jiān)測雷電流數(shù)據(jù)。

       3 結論
 
　　雷電能量巨大，雷擊方式復雜，且高原地區(qū)、海上地區(qū)雷擊頻繁，風機高度較高，遭受雷擊的概率較大，要阻止設備毀壞，只能迅速將雷電引到地下。對風電場的雷電進行準確的測量和監(jiān)測，能夠對風機遭雷擊的過程開展分析，從而可以對以后風機的結構設計和安裝方面給出具體防雷措施。
 
　　參考文獻：
 
　　1、《IEC62305 雷電防護》
 
　　2、《IEC61400-24 風力發(fā)電系統(tǒng)防雷保護》
 
　　3、《GL指導文件 IV-1 風力發(fā)電系統(tǒng)》風力發(fā)電防雷設計方案
 
　　4、陳偉球、顏云、杜尊峰.海上風電事故分析及風險防范 上海人民出版社