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摘要：提出一種風機外部防雷系統(tǒng)電氣隔離的新方法，解決風機上外部防雷系統(tǒng)與電氣裝置無法保證物理電氣隔離距離的問題，以保證風機機艙內的設備安全可靠地運行。本文將通過原理介紹、引下線做法對比、實驗驗證以及實際應用案例四個方面的分析，來介紹一種具有等效隔離功能的DEHN HVI耐高壓絕緣引下線，以此來解決風力發(fā)電機組外部防雷系統(tǒng)電氣隔離的問題。

關鍵詞：DEHN HVI耐高壓絕緣引下線、等效隔離、沿面放電、閃絡

風能，作為一種清潔而穩(wěn)定的新能源，得到各國政府、機構和企業(yè)等的高度關注，風電也成為近年來世界上增長快的能源之一。但是風電機組海拔高、位置空曠、尖端金屬物、電氣設備集中，這些因素導致風機遭受雷擊并受其影響的風險較高，雷電已經成為了影響風機安全運行的重要威脅之一。

在IEC 62305-3（雷電防護-第3部分：建筑物的實體損害和生命危險）中關于外部防雷部分明確提出，外部雷電防護裝置（以下稱外部LPS）與金屬裝置、內部系統(tǒng)或者與需保護建筑物相連的外部導電部件、管線可能會出現(xiàn)危險火花。通俗的講，就是當外部LPS泄放雷電流時，外部LPS表面可能會出現(xiàn)爬電現(xiàn)象，與臨近電氣設備距離過近時，會發(fā)生空氣擊穿，也就是我們通常所說的閃絡現(xiàn)象，閃絡會造成設備的損壞，甚至威脅到人身安全。針對這一情況，IEC 62305-3中提出的解決方法是外部LPS、建筑物等電位連接的導電部件之間應保持合適的隔離距離，并給出了具體的隔離距離計算方法[1]。

通過與一些整機廠商的交流以及走訪一些風電場客戶，并對部分風力發(fā)電機機型進行現(xiàn)場勘查,了解到在風機外部防雷設計中往往不會考慮外部LPS與電氣設備之間的隔離距離要求。我們也常聽到很多客戶提出抱怨：雖然機艙外氣象設備安裝了接閃裝置，但是設備還是會被雷擊損壞；雖然安裝了電涌保護器，但是有些臨近引下線的設備還是損壞了。設備損壞意味著風機需要暫停運轉進行檢修，因此造成了潛在損失不可估計。對于風機外部防雷系統(tǒng)，一般不會采用隔離做法，因為風機機艙外平臺空間小，而機艙內設備眾多，布設引下線時無法保證必要的隔離距離。

1、耐高壓絕緣引下線

DEHN HVI耐高壓絕緣導線由內導體、耐高壓的絕緣材料、半導體層和外護套組成。內導體為銅材，外層覆蓋較厚的絕緣材料，半導體層采用特殊設計，使由雷電引起的高沖擊電壓按照規(guī)定的路徑泄放，從而防止導線表面出現(xiàn)沿面閃絡。DEHN HVI耐高壓絕緣引下線能滿足IEC 62305標準的電氣技術要求。能夠耐受一次直接雷擊的比能量（也就是整個雷擊過程中雷電流值平方的時間積分），其主要決定因素是導線的機械強度和耐熱強度，HVI耐高壓絕緣引下線在這方面完全沒有問題。等級高的DEHN HVI Power耐高壓絕緣引下線整體系統(tǒng)的測試所使用的雷電流為200kA (10/350μs) ，符合IEC 61400-24中對風機雷電防護的要求，且適用于所有類別的雷電防護系統(tǒng)。

圖1 DEHN HVI耐高壓絕緣引下線的構成

2、引下線對比

我們將傳統(tǒng)引下線、普通絕緣引下線以及DEHN HVI耐高壓絕緣引下線進行對比：

1）普通引下線沒有任何絕緣屏蔽措施，當雷電流經過引下線，因與臨近金屬設備隔離距離過近，會有雷電火花閃絡至金屬管線，金屬管線連接至機艙內的其他設備，造成設備的損壞。

2）普通絕緣引下線，內部導體包裹著一層絕緣層，閃絡現(xiàn)象可以得到緩解，但是因為絕緣層表面未做特殊處理，當雷電流流過引下線時，引下線表面會發(fā)生爬電現(xiàn)象，當距離電氣設備過近，也會存在雷電火花閃絡的風險。

3）DEHN HVI耐高壓絕緣引下線，包括三層結構，內部導體、絕緣層以及外表面的半導體層，當雷電流流過引下線時，引下線能夠把雷電流牢牢鎖在半導體層內部，保證不會有雷電火花閃絡的風險，給電氣設備的安全運行提供了安全保障。

圖2 引下線對比

3、實驗驗證

對于具有等效隔離功能的DEHN HVI耐高壓絕緣引下線的實驗驗證，在IEC TS 62561-8（雷電防護系統(tǒng)組件——隔離LPS組件的要求）里有明確說明。關鍵的兩項測試內容就是雷電流耐受能力以及等效隔離功能驗證[2]。

IEC 61400-24 風力發(fā)電機組雷電防護規(guī)定，除非風險分析有其他結論，否則所有子部件都應該按照LPL I（雷電防護等級）進行保護，LPL1是高等級，意味著需要外部LPS必須耐受200kA、10/350μs的雷電流沖擊[3]。

這個測試按照下圖給出的測試布置來執(zhí)行的。為了測試絕緣引下線的等效隔離距離而采用對比驗證裝置。這個對比驗證裝置使用了在一個2m×2m的接地網上方布置兩根交叉的金屬棒（導體直徑8±0.5mm、長度不小于2m），它們之間保證一個電氣距離Sc，接地網上的接地極的小長度應該大于1.5m。對比驗證裝置與樣品之間的距離應至少保持2m。

圖3 DEHN HVI耐高壓絕緣引下線耐高壓及等效隔離距離功能測試

說明：

1.高壓脈沖發(fā)生器

2.高壓脈沖分壓器

3.沖擊測試裝置

4.對比驗證裝置

5.測試樣品（DEHN HVI耐高壓絕緣引下線）

圖4 樣品測試描述

說明：

1.DEHN HVI耐高壓絕緣引下線

2.金屬管

3.根據(jù)生產廠家的安裝說明進行連接（外表面等電位連接）

4.內導體

5.連接至高壓脈沖發(fā)生器

圖5 實驗室布置圖

圖6 實驗室測試過程