DB53∕T 946-2019 高原风力发电机组防雷技术规范(云南省).pdf
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1、DB53/T 9462019 高原风力发电机组防雷技术规范 2019 - 09 - 23 发布 2019 - 12 - 23 实施ICS 29.020 K 40 云南省地方标准 云南省市场监督管理局 发 布 DB53/T 9462019 I 目 次 前 言 . III1 范围 . 12 规范性引用文件 . 13 术语和定义 . 14 防雷的一般要求 . 25 风力发电机防雷 . 56 接地 . 12参考文献 . 14DB53/T 9462019 III 前 言 本标准按照GB/T 1.12009标准化工作导则 第1部分:标准的结构和编写给出的规则起草。 本标准由云南省电力装备标准化技术委员会(
2、YNTC09)提出并归口。 本标准起草单位:昆明电器科学研究所、云南电力试验研究院(集团)有限公司、云南电力技术有限责任公司。 本标准主要起草人:梁仕斌、刘涛、王磊、周琼芳、杨阿娟、高波、杨殿成。DB53/T 9462019 1 高原风力发电机组防雷技术规范 1 范围 本标准规定了风力发电机及相关设备的防雷技术要求。 本标准适用于海拔1 000 m5 000 m,额定功率在600 kW及以上的风力发电机组的防雷与接地系统。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件, 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
3、本文件。 GB/T 2900 电工术语 GB/T 11032 交流无间隙氧化物避雷器 GB/T 11804 电工电子产品环境条件 术语 GB/T 18802.1 低压电涌保护器(SPD) 第1部分:低压配电系统的电涌保护器 性能要求和试验方法 GB/T 21714.1 雷电防护 第1部分:总则 GB/T 21714.2 雷电防护 第2部分:风险管理 GB/T 21714.3-2008 雷电防护 第3部分:建筑物的物理损害和生命危险 GB/T 21714.4-2008 雷电防护 第4部分:建筑物内电气和电子系统 GB 50057 建筑物防雷设计规范 NB/T 31039 风力发电机组雷电防护系统
4、技术规范 GB/T 50064 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范 3 术语和定义 GB/T 2900、GB/T 11804界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 高原 海拔超过1 000 m的地区。 GB/T 11804-2005,定义2.1.24。 3.2 雷电防护系统(LPS) 用于减少雷电闪击于建(构)筑物上或建(构)筑物附近造成的实体损伤和人身伤亡的整个系统。 NB/T 31039-2012,定义3.1.1。 DB53/T 9462019 2 3.3 雷电防护水平(LPL) 用来设计雷电防护措施的一组带概率性的雷电流参数值, 超过其中最大值或低于其中最小值的自然雷电流
5、是一个低概率时间。它反应了防雷系统的防护效率。 NB/T 31039-2012,定义3.1.4。 3.4 雷电电磁脉冲(LEMP) 雷电流经电阻、电感、电容耦合产生的电磁效应,包含闪电电涌和辐射电磁场。 GB 50057-2010,定义 2.0.25 3.5 LEMP 防护措施系统(LPMS) 用来防护LEMP对电子电气设备和生命体危害的系统性措施,它是综合雷电防护系统的组成部分。 NB/T 31039-2012,定义3.1.3。 3.6 雷电防护区(LPZ) 划分雷击电磁环境强度的区。 3.7 接闪器 雷电防护系统用于拦截雷击的组成部分。 NB/T 31039-2012,定义3.1.6。 3
6、.8 电涌保护器(SPD) 用于限制瞬态过电压和泄放电涌电流的电器,它至少包含一非线性的原件。 GB/T 18802.1-2011,定义3.1.7。 3.9 接地装置 接地体和接地线的总合,用于传导雷电流并将其散入大地。 GB/T 18802.1-2011,定义3.1.10。 4 防雷的一般要求 4.1 雷电的防护水平 风力发电机组雷电防护水平按GB/T 21714.1的规定,划分为LPL 、LPL 、LPL 、LPL 四种。每种LPL所规定的雷电流参数的最大值和最小值应符合表1和表2。 DB53/T 9462019 3 表1 各 LPL 对应的雷电流参数最大值 首次短时雷击 LPL 电流参数
7、 符号 单位 峰值电流 KA 200 150 100 短时间雷击电荷 Qshort C 100 75 50 单位能量 W/R MJ/ 10 5.6 2.5 时间参数 T1/T2 s/s 10/350 后续短时间雷击 LPL 电流参数 符号 单位 峰值电流 kA 50 37.5 25 平均陡度 di/dt kA/s 200 150 100 时间参数 T1/T2 s/s 0.25/100 长时间雷击 LPL 电流参数 符号 单位 长时间雷击电荷 Qlong C 200 150 100 时间参数 Tlong s 0.5 雷闪 LPL 电流参数 符号 单位 雷闪电荷 Qflash C 300 225
8、150 表2 各 LPL 对应的雷电参数最小值 首次短时雷击 LPL 电流参数 符号 单位 最小峰值电流 kA 3 5 10 16 4.2 雷害风险评估 考虑到高原地区的特殊性,高原地区的防雷应优先选用LPL I设计。 当因原始资料缺乏等条件不足时,风力发电机组的防雷应按雷电防护水平LPL I设计。 当有条件进行雷害风险评估,应根据评估结果选取机组的雷电防护等级。 风力发电机雷害风险评估宜参照GB/T 21714.2的方法进行。 4.3 雷电防护区 LPZ的划分: LPZ 0A:受直接雷击和全部雷电电磁场威胁的区域。该区域的内部系统可能受到全部或部分雷电电涌电流的影响。 这个区域实际上就是直击
9、雷防护系统没有保护到的区域, 也是电磁环境参数最高的区域。 LPZ 0B:直接雷击的防护区域,但该区域仍受到全部雷电电磁场的威胁,内部系统可能受到部分雷电涌电流的影响。这个区域实际上就是直击雷已经得到保护,但没有受到电磁屏蔽或SPD保护的区域。 LPZ 1:该区域受到直接雷击的保护,空间屏蔽可以衰减雷电电磁场。由于分流和边界处SPD的作用使电涌电流受到限制。 DB53/T 9462019 4 LPZ 2-n:该区域的附加空间屏蔽可以进一步衰减雷电电磁场。由于分流和边界处附件SPD的作用使电涌电流受到进一步研制的区域。 作为防雷的一般规律, 被保护的对象应置于电磁特性与该对象耐受能力相兼容的LP
10、Z内,使损害(物理损害和过电压使电气和电子系统失效)减小。 4.4 LPZ 的措施 LPZ 0B由由接闪器(避雷针)、引下线及其接地装置实现。风力发电机组的LPZ 1和更高的LPZ由安装LPMS来实现。措施如下: a) 接地和等电位连接; b) 屏蔽和合理布线; c) 分级配合的 SPD 防护。 4.5 风力发电机组空间的 LPZ 的划分 风力发电机组形成的防护区宜符合图1的规定(符合NB/T 31039)。 图 1 风力发电机组防护区(LPZ)的示意 a) LPZ 0A包括如下部位: 1) 叶片、轮毂罩、机舱罩、塔架的外表面以及外部附加装置未受到雷击保护的部分; 2) 不在塔架保护范围又没有
11、防雷措施的操作间和线路。 b) LPZ 0B包括如下部位: 1) 叶片、轮毂罩、机舱罩、塔架的外表面以及外部附加装置受到雷击保护的部分; 2) 无金属屏蔽罩的轮毂罩、无金属屏蔽罩的机舱罩或金属网格不密集的非金属机舱罩内部空间; 3) 非金属塔架或没有按照标准配备钢筋连接件的混凝土塔架内部; 4) 处于塔架雷击保护范围的操作间和线路。 c) LPZ 1 包括如下部位: 1) 采取了有效的雷电流导引和屏蔽措施的叶片的内部,以及轮毂内部(传感器、调节器等); DB53/T 9462019 5 2) 具有相应的雷电流导引措施的全金属覆盖或金属网格密集的非金属机舱罩的内部空间; 3) 在无金属覆盖或金属
12、网保护却具有金属包层并以适当方式连接到一个等电位连接系统 (例如作为等电位基准的机器底座)的设备的内部; 4) 屏蔽电缆或处于金属管中的电缆,其屏蔽层或金属管两端已做等电位连接; 5) 金属塔架或钢筋混凝土塔架的内部 (混凝土塔架的钢筋按照适用的标准设计并连接到基础接地极); 6) 用钢板覆盖或具有屏蔽措施(所有各侧具有与其基础接地极或环形接地体相连的钢筋,金属门和带金属丝网的窗)的操作间的内部。 d) LPZ 2 是在防雷区 LPZ 1 区域内采取进一步附加屏蔽和 SPD(如设备机壳或线路屏蔽)而实现的; e) LPZ n+1 是在防雷区 LPZ n 区域内采取进一步附加屏蔽措施和 SPD
13、而实现的。 5 风力发电机防雷 5.1 叶片 5.1.1 叶片防雷要求 5.1.1.1 一般要求 高原地区叶片引下线应安装雷电流记录装置。 雷电流记录装置至少能记录雷电发生时间、 雷电流发生时最大峰值电流(包括正极性和负极性)和累计雷击次数;记录的时间格式为XXXX年XX月XX日XX时XX分XX秒,最大峰值电流测量范围至少包括3kA-200kA,测量误差应不超过20%,记录雷击间隔时间应不大于10ms,存储记录条数应不少于2000次。 叶片应通过装设接收器(属小型接闪器)、引下线及其连接元件组成雷电防护系统,它可为叶片结构本身的一部分、叶片的组件或集成在其内部。它应能在规定的LPL下承受相应的
14、雷电流冲击后,确保叶片无结构性损伤,不妨碍叶片继续运行直至下一次维修;应能耐受因风、潮湿、颗粒物等引起的预期磨损以及振动, 但不影响叶片的动力特性。 应对包括雷击防护系统的叶片耐受机械应力的能力进行考核,并宜在进行IEC 61400-23的试验以前就安装在叶片上。 5.1.1.2 叶片接收器 叶片接收器要求: a) 叶片接收器应位于叶片表面上, 使其能截接绝大部分的雷击先导。 叶片接收器应能进行维修和更换; b) 叶片接收器的保护范围不能用 GB/T 21714.3-2008 中的保护角法和滚球法来计算确定。 叶片接收器系统的设计、其截接雷击先导的性能宜参照 IEC 61400-24 中附录
15、D 规定的试验来确定; c) 当叶片中接收器的数量达到或超过下列规定值,可不进行 IEC 61400-24 中附录 D 中高压接闪试验中的初始先导接闪试验: 1) 叶片长度 L20 m:叶尖接收器 1 个; 2) 叶片长度 20 mL30 m:叶尖接收器 1 个,压力面接收器 1 个,吸力面接收器 1 个(与叶尖端有一定距离处); 3) 叶片长度 30 mL45 m:叶尖接收器 1 个,压力面接收器 2 个,吸力面接收器 2 个(分布在转动的叶片上); 4) 叶片长度 L45 m:叶尖接收器 1 个,压力面接收器 3 个,吸力面接收器 3 个(分布在转动的叶片上)。 DB53/T 946201
16、9 6 5.1.1.3 叶片中的引下线 引下线要求: a) 引下线应长期可靠连接,并能承受雷电流产生的电、热及电动力效应的联合冲击。引下线宜在进行 IEC 61400-23 的试验以前就安装在叶片上,应与叶片一起进行耐受机械应力的能力考核; b) 引下线在雷电流导引期间不应超过叶片的温度允许值。 5.1.1.4 叶片接收器的形状和截面要求 高原地区叶片接收器引下线应选用铜材料。叶片接闪器、接收器、引下线的材料、形状及最小横截面应符合表3的规定。 表3 叶片接闪器、接收器、引下线的材料、形状及最小截面积 材料 形状 最小截面积 mm2 备注 铜 实心带状 实心圆状 绞线 实心圆状 50 50 5
17、0 200 最小厚度为2 mm 直径为8 mm 绞线每股的最小直径为1.7 mm 直径为16 mm 镀锡铜 实心带状 实心圆状 绞线 50 50 50 最小厚度为2 mm 直径为8 mm 绞线每股的最小直径为1.7 mm 铝 实心带状 实心圆状 绞线 70 50 50 最小厚度为3 mm 直径为8 mm 绞线每股的最小直径为1.7 mm 铝合金 实心带状 实心圆状 绞线 实心圆状 50 50 50 200 最小厚度为2.5 mm 直径为8mm 绞线每股的最小直径为1.7 mm 直径为16 mm 热镀锌钢 实心带状 实心圆状 绞线 实心圆状 50 50 50 200 最小厚度为2.5 mm 直径
18、为8 mm 绞线每股的最小直径为1.7 mm 直径为16 mm 不锈钢 实心带状 实心圆状 绞线 实心圆状 50 50 70 200 最小厚度为2.5 mm 直径为8 mm 绞线每股的最小直径为1.7 mm 直径为16 mm 注1:热镀或电镀层厚度最小为 1 m。 注2:镀层应光滑、连续,防锈层厚度至少为 50 m。 注3:数据来源于 NB/T 31039-2012。 5.1.2 技术文件和资料 5.1.2.1 应提供下列设计文件盒图纸: DB53/T 9462019 7 a) 接收器结构、材料、参数和布置; b) 引下线结构、材料、参数和布置; c) 附加结构元件及其连接; d) 叶片防雷设
19、计说明书; e) 防雷检测试验报告。 5.1.2.2 应提供下列安装和维护说明: a) 接收器系统以及引下线系统的安装; b) 对接收器检查与维护的要求; c) 对引下线和连接元件检查与维护的要求。 5.2 机舱及其它结构组件(轮毂、轮毂罩、舱体、塔架) 5.2.1 机舱及其它机构组件的防雷要求 5.2.1.1 一般要求 风力发电机组的舱体及其他结构组件(轮毂、轮毂罩、舱体、塔架)的雷电防护应尽可能利用其本身的金属结构作为接闪器、 引下线及等电位连接系统的一部分。 对机舱外的气象仪器和航空警示灯应安装附加的接闪器。 5.2.1.2 轮毂 轮毂金属结构本身具有好的屏蔽,其雷电防护只需采取等电位连
20、接。对外延到轮毂外部(去叶片根部或机舱)的电气和控制系统电路应采取过电压保护措施。 5.2.1.3 轮毂罩 金属轮毂罩自然成为雷电防护系统的一部分,应能承载所规定LPL的雷电流。金属轮毂罩的最小厚度应符合表4的规定。 当轮毂罩由非金属材料制成, 并且有部分电气控制和执行部件处于其中时, 轮毂罩应建立金属框架作为接闪器,并与轮毂金属相连接,应能承载所规定LPL的雷电流。金属框架条的材料及最小横截面厚度应符合表4的规定。 表4 金属框架条的材料及最小横截面厚度 LPL类型 材料 厚度a t1 mm 厚度b t2 mm 铅 - 2.0 钢 4 0.5 钛 4 0.5 铜 5 0.5 铝 7 0.65
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