利用集控智慧化技术提高风电场防雷接地保护效能的研究

利用集控智慧化技术提高风电场防雷接地保护效能的研究

石朝慧

大唐贵州发电有限公司新能源分公司

摘要：随着我国不断深化改革，工业发展不断加速，广大人民群众对生活用电质量有了更高的需求，对电能的需求量也在不断增加，电力系统建设工作的重要性日益凸显。为了保障电网系统的顺利运行，确保电能供给顺畅和安全，需要加大对新能源发电技术的研发和应用。传统化石能源是不可再生资源，利用时也会对环境造成一定的污染。因此，应采取有效的对策，大力发展环境友好、可再生的新能源。与传统发电技术相比，新能源发电技术清洁优势显著，可以有效地解决环境污染问题，所以，在当前的电力系统建设过程中，新能源发电技术的发展起到了至关重要的作用，必须找到一条切实可行的途径，使新能源发电技术得到合理应用。

关键词：集控智慧化技术;风电场;防雷接地;保护效能

引言

风力发电作为清洁能源的主要形式之一，凭借其建设周期短、可靠性高、装机灵活等优势成了利用可再生能源发电最成功的技术，发电容量正成倍增长。但风电系统受外部环境影响巨大，风流动速度的波动性及风力大小的间歇性对风电系统的稳定带来了巨大影响。

1、新能源发电技术的发展现状和前景

传统的电力生产主要依靠煤炭、石油和水能等能源，这样既会造成环境污染，又阻碍了电力行业的可持续发展。煤炭和石油是不可再生资源，持续使用将加速能源消耗，形成能源危机，而水能发电要依赖于水利工程的建设工作，其面临的主要问题是水能发电技术的风险性较大，实际应用难度较大，而且还会对水环境造成破坏和污染。目前，我国已经正式实行了“双碳”政策，社会发展也已迈入低碳经济时代，新能源发电技术的应用可有效减少温室气体的排放，对国家绿色发展具有重要的支撑作用。新能源资源丰富，开发利用新能源资源将极大地促进环境友好型社会的构建。将新能源技术应用于电力系统中，应首先对其特点和应用优势进行全面分析，并据此确定研发方向。采用新能源技术，可有效地减少发电过程中所排放的各种污染物，对环境保护起到积极作用。无论何种新能源，其总体使用率都较高，适用面也较广。当前，我国新能源发电技术经过层层优化发展，在很多领域中得到了应用。其发展主要包括研发、示范、推广和生产4个阶段。新能源发电以风力发电和太阳能发电为主，多个省份在进行电力系统的转型发展时都提出了以风能和太阳能发电为主的电力系统的优化调度。在“双碳”背景下，我国的电力产业结构正在加速调整，新能源如风电、太阳能的装机容量在电网中的比例正在迅速增加。生物质发电技术的研究与开发正在向纵深发展；沼气池和地源热泵也在逐步发展，投资费用也能控制在一个比较合理的水平；燃料电池和潮汐发电技术也已经开发出来，并且还有很大的改进空间，目前已经开始了示范工作。2022年度，全国新能源发电总量同比增长21.4%，新增新能源发电总量增长61.3%。当前，新能源发电技术正在蓬勃发展，取得了较大的技术突破，尽管离民用投产使用还有一段距离，但可以预见在不久的将来，新能源发电技术将会成为电力行业的主流，因此必须加速新能源发电技术的开发，以充分发挥其潜能[1]。

2、风电机组防雷中应注意的主要问题

2.1接地网施工管理

工程建设期，接地网的施工质量，对接地电阻较大，需要引起高度的重视。一般情况下越往地下，土壤电阻率越稳定，所以规定要求人工辅设的接地扁铁深度应不小于0.6米，接地极的深度应大于2m，接地沟首先要采用素土回填，然后才是石块或其它土壤，但是实际工程施工中部分接地装置的施工质量不能达到要求，也影响了接地电阻。

3.23.3测量环节的误差

在实际的工作中，影响接地电阻的测量值的因素很多，所以应采用正确的方法，按照规范进行测量，减少测量误差。接地电阻的测量应根据DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》规定，接地电阻的测量可采用电位降法、电流—电压三极图、接地阻抗测试仪法等多种方法。接地电阻测量的主要注意事项：（1）因接地电阻与土壤的潮湿程度有关，测量应选择在干燥的天气或土壤未冻结时进行。一般风电场测量接地电阻至少在雨天过后4～5天，南方地区雨水较多但也应至少晴3天后进行测量，否则容易造成较大误差；（2）测量前应拆除和风电机的所有接地引下线，把塔架和接地装置的接地连接全部断开；（3）当发现测量值和以往的测试结果相比差别较大时，应改变电极的布置方向，或增加电极的距离，重新进行测试；（4）进行测量时，应尽量缩短接地极接线端子与接地网的引线长度，一般就在塔架门外；（5）接地引线统一采用铜线，与接地测试仪和接地棒的连接必须十分可靠，以减少接触电阻；（6）接地棒插入土壤的深度应不小于0.4m[2]。

3、利用集控智慧化技术提高风电场防雷接地保护效能的研究

3.1异步发电机组并网技术

异步发电机是风力发电站的重要组成部分，它属于交流发电机组，在运行过程中主要依靠定子和转子等构件形成感应电流。在异步发电机组的工作过程中，它具有一定的经济性，运行维护费用较低，可以采取不同的方式进行并网操作。（1）直接并网技术。当电网的相位、频率和时序等要素与异步发电机组相同时，工作人员就可以在转速相近的情况下进行电力系统的连接，由空气开关等进行控制。但是就直接并网技术来说，可能会由于局部电流的冲击导致电压不稳定的现象发生。（2）降压并网技术。降压并网技术需要在异步发电机与电网系统之间进行电抗器或者电阻等设备的串联，根据电网的相关特性，对电压进行合理的控制，降低并网瞬间产生的电气参数幅值。但是就降压并网技术来说，过程中电气设备可能会消耗一定的功率。（3）晶闸管软并网技术。晶闸管软并网技术可以在电网系统的三相端安装晶闸管，实现并网自动开关的目的，避免开关磨损等现象的发生，使并网过程更加流畅。但是就晶闸管软并网技术来说，其适用范围较窄，使用时需要对额定电流值范围等进行分析

[3]。

3.2同步发电机组并网技术

在风力发电中，同步发电机的定子和转子结构采用三相连接的方式，可以满足空载和负载运行的特性，为风力发电的转换提供相应的保障。在同步发电机组的并网工作中，主要是采用变频装置与发电机并联的方式，通过频率控制，对电压和电流的输出进行监督，使其符合电网系统在技术参数设置上的标准要求。对于同步发电机组来说，它采用的是交流直流循环转换的作业模式，通过风轮转速进行控制，在并网技术的应用中，它的工作频率与电网频率有互相独立的特点，可以避免失步等现象的发生。此外，在同步发电机组并网技术应用中，需要考虑负荷和电流特性，对逆变器和齿轮箱等进行监督控制，注意发电机的散热情况，避免温度过高造成不利的影响。

结束语

总之，随着双馈风力发电机设计及制造技术的不断成熟完善，由于设备自身因素引发的发电机异常振动故障越来越少，但由于风电机组在露天环境下运行，受温湿度、雷电、灰尘、风力大小等因素影响，异常振动故障仍然存在。在实际中，异常振动往往不是独立因素导致，而是多个因素相互作用的结果，给故障的排查带来诸多困难。因此，发电机异常振动故障的排查不仅需要检修维护人员有丰富的故障诊断经验，还需要借助先进的监测技术和仪器仪表提取和分析故障特征，判断引发故障的原因，采取科学的措施在较短时间内排除故障，并利用预防手段降低此类故障的发生，延长机组设备的使用寿命，提高风电场效益。

参考文献：

[1]郭祥芹,高坤.风电场集电线路杆塔雷击因素与防雷接地保护策略[J].集成电路应用,2019,(10):112-113.

[2]王克,汪天呈,甘瑜前.风电机组过电压保护与防雷接地保护设计研究[J].机电信息,2019,(26):128-129.

[3]赵炜,周广珉.风电机组雷击过电压的仿真分析及防雷接地保护[J].科技与创新,2019,(16):28-30.