NBT 31039-2012 风力发电机组雷电防护系统技术规范(高清版).pdf
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1、NBICSICS 27.180F F11备案号:37739-2012中华人民共和国能源行业标准NBNB/T T 31039 2012风力发电机组雷电防护系统技术规范TechnicalTechnical specificationspecification forfor lightninglightning protectionprotection systemsystem of of windwind turbineturbine2012-10-29 发布2013-03-01 实施国家能源局发 布NBNB/T T 31039 2012I目次前言 1范围 12规范性引用文件 13术语和定义、符号
2、 24防雷的一般要求 55风力发电机组组件的雷电防护86接地装置 157人身防雷 16附录 A(资料性附录)风力发电机组雷害风险评估方法17附录 B(资料性附录)叶片和其他风力发电机组部件试验方法30附录 C(资料性附录)风力发电机组的电涌保护器选择与安装41图 1风力发电机组雷电防护区(LPZ)的示意7图 2减少轴承雷电流措施的示意 12图 3风力发电机组接地装置的连接 15表 1每种 LPL 对应的雷电流参数最大值 5表 2每种 LPL 雷电参数最小值 6表 3叶片接闪器、接收器、引下线的材料,形状及最小截面积 8表 4金属框架条的形状及最小横截面厚度 10NBNB/T T 31039 2
3、012II前言本标准在编制过程中,主要参考了 IEC 61400-24:2010风力发电机组第 24 部分雷电防护。本标准侧重对风力发电机组雷电防护系统检查,因此着重于规定其雷电防护系统的最终要求。为提高本标准的可操作性和可检查性,鉴于风力发电机组雷电防护的特点,本标准强调主要从工程图纸与文件要求、试验以及责任分担这三个方面加以规定,以求最大限度地保证风电机组防雷措施的有效。本标准按 GB/T 1.12009标准化工作导则第 1 部分:标准的结构与编写给出的规则起草。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由能源行业风电标准化技术委员会(NEA/TC1)归口。本标准负责起草单位:上海电器科学研究院
4、、上海电科电器科技有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所。本标准参加起草单位:浙江运达风电股份有限公司、东方汽轮机有限公司、苏州电器科学研究所股份有限公司、德和盛电气(上海)有限公司、欧宝电气(深圳)有限公司、上海电气集团有限公司输配电分公司、湘潭电机股份有限公司、兰州兰电电机有限公司、永济新时速电机电器有限责任公司。本标准主要起草人:尹天文、王碧云、方晓燕、叶蜚誉。本标准参加起草人:许国东、杨娅曦、胡德霖、鲍建军、王爱华、缪勇、龙辛、曹立新、贺志学、梁利娟、唐晓峰、果岩。本标准为首次发布。NBNB/T T 31039 20121风力发电机组雷电防护系统技术规范1范围本标准规定了风力发电机组
5、应有的雷电防护措施以及检测的相关要求。本标准适用于陆上使用、额定功率在 600kW 及以上的水平轴风力发电机组的雷电防护系统。其他的风力发电机组可参照本标准。本标准主要是针对风力发电机组本身,包括其与风电场集电系统连接部件在机组侧的雷电防护。2规范性引用文件下列文件对于本标准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标准。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本标准。GB/T 29002008电工术语GB 110322010交流无间隙金属氧化物避雷器(IEC 60099-4:2006,MOD)GB 16895.222004建筑物电气装置第 5-53
6、部分:电气设备的选择和安装隔离开关和控制设备第 534 节:过电压保护电器(IEC 60364-5-53:2001,IDT)GB/T 16927.12011高电压试验技术第 1 部分:一般试验要求(IEC 60060-1:2006,MOD)GB 18802.12011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(IEC 61643-1:2005,MOD)GB/T 18802.212004低压电涌保护器第 21 部分:电信和信号网络的电涌保护器(SPD)性能要求和试验方法(IEC 61643-21:2000,IDT)GB/T 18802.222008低压电涌保
7、护器第 22 部分:电信和信号网络的电涌保护器(SPD)选择和使用导则(IEC 61643-22:2004,IDT)GB/T 21714.12008雷电防护第 1 部分:总则(IEC 62305-1:2005,IDT)GB/T 21714.22008雷电防护第 2 部分:风险管理(IEC 62305-2:2005,IDT)GB/T 21714.32008雷电防护第 3 部分:建筑物的物理损坏和生命危险(IEC 62305-3:2006,IDT)GB/T 21714.42008雷电防护第 4 部分:建筑物内电气和电子系统(IEC 62305-4:2006,IDT)GB/Z 254272010风力
8、发电机组 雷电防护(IEC/TR 61400-24:2002,MOD)GB 500572010建筑物防雷设计规范IEC/TS 61400-23风力发电机转子叶片的全尺寸比例结构试验(Full-scale structural testing of rotorblades)IEC 61400-24:2010风轮机第 24 部分雷电防护(Wind turbines-Part 24:Lightning protection)IEC 62305-3雷电防护第 3 部分:对建筑物的物理损伤和寿命危害(Protection against lightning-Part3:Physical damage t
9、o structure and life hazard)EN50164-1:2008雷电防护部件第1部分:连接件要求(LightningProtectionComponents(LPC)Part1:Requirements for connection components)NBNB/T T 31039 201223术语和定义、符号3.1术语和定义GB/T 29002008、GB 18802.12011、GB/T 24714.32008、GB/Z 254272010、GB 500572010 界定的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1.1雷电防护系统lightninglightning pr
10、otectionprotection systemsystem;LPSLPS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害和人身伤亡的整个系统。注:雷电防护系统由接闪器、引下线和接地装置等部分构成,也包括由等电位连接和/或电气绝缘组成的防雷击危害措施,是综合雷电防护系统的基本部分。3.1.2雷电电磁脉冲lightninglightning electromagneticelectromagnetic impulseimpulse;LEMPLEMP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 500572010,定义 2.0.253.1.3LEMP
11、LEMP 防护措施系统LEMPLEMP protectionprotection measuresmeasures systemsystem;LPMSLPMS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。3.1.4雷电防护水平lightninglightning protectionprotection levellevel;LPLLPL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是一个低概率事件。它反映了防雷系统的防护效率。3.1.5雷电防护区lightninglightning protectio
12、nprotection zonezone;LPZLPZ划分雷击电磁环境强度的区。防雷区的分界面不一定要有实物界面,如不一定要有墙壁、地板或天花板作为分界面。注:LPZ 建立后,其空间的 LEMP 强度应与该空间内的内部系统的冲击耐受水平相匹配。3.1.6接闪器air-terminationair-termination systemsystem雷电防护系统中用于拦截雷击的组成部分。注:由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属面、金属构件等组成。3.1.7电涌保护器surgesurge protectiveprotective devicedevice;SPDSPD用于限制瞬态过电压和
13、泄放电涌电流的电器,它至少包含一非线性的元件。GB 18802.12011,定义 3.13.1.8引下线down-conductordown-conductor systemsystem用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的导体。GB 500572010,定义 2.0.93.1.9接地体earthearth electrodeelectrode埋入土壤中或混凝土基础上作散流用的导体。GB 500572010,定义 2.0.11NBNB/T T 31039 201233.1.10接地装置earth-terminationearth-termination systemsystem接地体和接地线的总
14、合,用于传导雷电流并将其流散入大地。3.1.11基础接地极foundationfoundation earthearth electrodeelectrode指地基混凝土钢筋或预埋在建筑物混凝土中用作接地体的其他导体。GB/T 2714.32008,定义 3.123.1.12雷电流lightninglightning currentcurrent流经雷击点的电流。GB/Z 254272010,定义 3.223.1.13雷电等电位连接lightninglightning equipotentialequipotential bondingbonding为减少雷电流引起的电位差,直接用短直导体或通
15、过 SPD 把分离的金属部件连接到 LPS 上的一种防雷措施。3.1.14雷击lightninglightning strokestroke对地雷闪中的单次放电。GB/Z 254272010,定义 3.263.1.15LPSLPS 的自然部件naturalnatural componentcomponent of ofLPSLPS虽不是为防雷专门安装的导体部件,但在某些情况下,可起到 LPS 的一个或多个部件的作用。例如:自然接闪器,自然引下线和自然接地极等。3.1.16用I Iimpimp测试的 SPDSPDSPDSPD testedtested withwithI Iimpimp经受得起
16、10/350s 典型波形的部分雷电流的电涌保护器,需要用Iimp电流做相应的冲击试验。注:对电力线路,合适的测试电流Iimp由 GB 18802.12011 的类试验测试程序定义。3.1.17用I In n测试的 SPDSPDSPDSPD testedtested withwithI In n经受得起 8/20s 典型波形的感应电涌电流的电涌保护器,需要用In电流做相应的冲击试验。注:对电力线路,合适的测试电流In由 GB 18802.12011 的类试验测试程序定义。3.1.18比能量(WW/R R)specificspecific energyenergy在整个雷击期间雷电流的二次方对时间
17、的积分;它表示在单位电阻上雷电流能量的消散。GB/Z 254272010,定义 3.383.1.19电涌surgesurge由 LEMP 引起的,以过电压和/或过电流形态出现的瞬时波。注 1 1:由 LEMP 引起的电涌可来自于(局部的)雷电流、设施内环路的感应效应,以及下级 SPD 的残余威胁。注 2 2:也可能是由其他原因如开关操作或熔断器熔断引起的。3.1.20协调配合的 SPDSPD 防护coordinatedcoordinated SPDSPD protectionprotection一组经过适当选择、配合和安装,用于减少因雷击造成电气和电子系统失效的 SPD 防护。NBNB/T T
18、 31039 201243.1.21雷暴日(T Td d)thunderstormthunderstorm daysdays一天中可听到一次以上的雷声则称一个雷暴日。可从等雷暴图获得的某地每年雷暴天数。3.1.22电压保护水平(U Up p)voltagevoltage protectionprotection levellevel表征 SPD 限制接线端子间电压的性能参数,其值可从优先值的列表中选择。该值大于限制电压的最大值。GB 18802.12011,定义 3.153.1.23低压电气系统lowlow voltagevoltage electricalelectrical systems
19、ystem在本标准中,低压电气系统包括风力发电机组中的用于发生和传输风电电力能量的主电力电气系统(风力发电机,变流器及相关器件)和提供电气和电子控制测量系统用的低压电源系统。3.1.24避雷器surgesurge arresterarrester用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流幅值的一种电器。本术语包含运行安装时对于该电器正常功能所必需的任何外部间隙,而不论其是否作为整体的一个部件。注 1 1:避雷器通常连接在电网导线与地线之间,然而有时也连接在电器绕组旁或导线之间。注 2 2:避雷器有时也称为过电压保护器,过电压限制器。GB/T 29002008,定义 2.13
20、.1.25无间隙金属氧化锌避雷器metal-oxidemetal-oxide surgesurge arresterarrester withoutwithout gapsgaps由非线性金属氧化物电阻片串联和(或)并联组成且无并联或串联放电间隙的避雷器。GB 110322010 中的 3.13.2符号下列符号适用于本标准。Iimp冲击电流;In标称放电电流;Td雷暴日;UP电压保护水平;Rx雷害风险分量;RT可允许雷害风险;Nx年均危险事件次数;Px一次雷击引起雷害的概率;Lx每一损害产生的损失率;CL风力发电机组未增设防雷设施前平均年损失;CRL风力发电机组增设防雷设施后残余平均年损失;C
21、PM风力发电机组防雷设施的年费用;CS间接经济损失;Cp防护措施的成本;ND年平均雷击风力发电机组的次数;Ng雷击大地密度;Ad孤立风力发电机组的截收面积;Cd风力发电机组的位置因子;NBNB/T T 31039 20125NM雷击风力发电机组附近的年平均危险事件次数;Am雷击风力发电机组附近的截收面积;NL雷直击于进入机组的线路的年平均危险事件次数;Al雷击进入机组线路的截收面积;NZ雷击进入机组的线路附近的年平均危险事件次数;Ai雷击进入机组线路附近大地的截收面积;PA雷击风力发电机组导致人和动物伤害的概率;PB雷击风力发电机组导致物理损害的概率;PC雷击风力发电机组导致电气电子系统失效的
22、概率;PSPD有 SPD 保护时系统失效的概率;PM雷击风力发电机组附近导致信号系统失效的概率;PU雷击服务设施导致人和动物伤害的概率;PV雷击服务设施导致物理损害的概率;PW雷击进入机组线路导致电气电子系统失效的概率;PZ雷击入户进入机组线路附近导致电气电子系统失效的概率;PLI雷击相连的进入机组线路导致电气电子系统失效的概率;RS电缆屏蔽层电阻;LX损失系数;Lt触和跨步电压导致伤害的人员损失率;Lf物理损害导致的实体损失率;Lo雷击电磁脉冲导致电气电子系统失效导致的损失率;np可能受到危害的人员数量;nt预期的总人数;tp以小时计算的人员每年处于危险场所的时间;hz损失相对量的增加因子;
23、nt供电对象数。4防雷的一般要求4.1雷电防护水平与雷电防护的评估4.1.1雷电防护水平(LPLLPL)风力发电机组雷电防护水平划分应按 GB/T 21714.12008 的规定,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。表 1每种 LPLLPL 对应的雷电流参数最大值首次短时雷击LPL电流参数符号单位峰值电流IkA200150100短时间雷击电荷QshortC1007550单位能量W/RMJ/105.62.5时间参数T1/T2s/s10/350后续短时间雷击LPL电流参数符号单位峰值电流IkA5037.525NBNB/T T 31039 20126表 1(续)后
24、续短时间雷击LPL平均陡度di/dtkA/s200150100时间参数T1/T2s/s0.25/100长时间雷击LPL电流参数符号单位长时间雷击电荷QlongC200150100时间参数Tlongs0.5雷闪LPL电流参数符号单位雷闪电荷QflashC300225150表 2每种 LPLLPL 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IkA3510164.1.2雷害风险评估当因原始资料缺乏等条件不足或有相关标准规定不必进行雷害风险评估的情况,风力发电机组的防雷应按雷电防护水平 LPL设计。当有条件进行雷害风险评估或无相关标准规定雷电防护水平,则可以经过评估对整个风力发电机组
25、采取低于 LPL的防护级别,但对大型或重要机组仍不应低于 LPL。风力发电机组雷害风险评估可参照附录 A 的方法进行。风力发电机组雷害风险评估可按风险值做结论,也可基于风险评估但从防雷成本效益的估算做结论。允许风险值可由主管部门或业主提出,也可参照附录 A 取值。防雷成本的数据应由行业协会或制造和运行部门提供。4.2雷电防护区(LPZLPZ)4.2.1LPZLPZ 的划分LPZ0A: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。LPZ0B:直接雷击的防护区域,但该区域仍受
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