《GB51096风力发电场设计规范》疑难条文解读(二)-北极星风力发电网

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《GB51096风力发电场设计规范》自颁发并实施已将近三年，主要内容包括：风能资源及发电量计算、电力系统、风力发电机组、电气、辅助及附属设施、建筑结构、环境保护与水土保持、消防、海上风电场等等章节，内容多但精炼，条文杂但精简，鉴于部分从业人员对本规范部分条文不甚了了，笔者不才，根据多年工作设计经验，愿就所知，以表己见，如有不当，烦请指正。

相关阅读：《GB 51096风力发电场设计规范》部分条文解读连载（一）

7.3.2：风力发电场机组变电单元应符合下列规定：

4、机组变电单元可靠近风力发电机组布置，也可布置在塔筒外壁或机舱内，当选用组合式变压器或敞开式油浸变压器时，机组变电单元与风力发电机组的距离不应小于10m。

7.10.2：机组变电单元的过电压保护应符合下列规定：

1、机组变电单元可利用风力发电机组进行防直击雷保护，机组变电单元位于风力发电机组的直击雷保护范围之外，应采取防直击雷保护措施;

2、机组变电单元变压器的高、低压侧都应装设避雷器。

注解：本规范条文7.3.2条第4款关于机组变电单元与风力发电机组的距离不应小于10m的说法，具体可参考《GB50060 高压配电装置设计规范》7.1.11条：配电装置对建筑物及构筑物的要求：建筑物与户外油浸变压器的外廓间距不宜小于10000mm，从而得出本规范条文10m的说法，是从防火安全的角度考虑的。根据本规范条文7.10.2条第1款，机组变电单元可利用风力发电机组进行防直击雷保护，又是建议机组变电单元又不应离风力发电机组太远，有个距离上限，否则应采取防直击雷保护措施。那么这个距离上限又是多少呢?机组变电单元能否受架空线金属杆塔防直击雷保护呢?折线法和滚球法在防雷计算中有何区别?防直击雷保护的措施又是哪些?下文将详细描述。

根据GB/T 50064 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》5.2.1条单支避雷针的保护范围，推算如下：

粗算模型如下：

由以上计算模型可知，当风力发电机组高度120m，机组变电单元高度为2.5m时，机组变电单元距风力发电机组的合理距离为10

以上计算模型是否存在问题呢?答：存在问题。

实际上，查看风力发电机组雷电保护系统IEC61400-24:2010《风力发电机组雷电保护》、NB/T 31039《风力发电机组雷电防护系统技术规范》、GL2010《风力发电机组认证指南》等国内外标准，风力发电机防雷计算模型是采用滚球法，而非前文所述的GB/T50064《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》中的折线法。

滚球法和折线法防雷计算区别如下：

1、滚球法以击距理论为基础，根据闪击距离(即放电距离)的大小确定避雷针(线)的保护范围。而折线法是以经验和小雷电冲击电流下的模拟试验为基础确定避雷针(线)的保护范围。

滚球法与折线法是雷电理论、模拟试验和雷击事故统计等研究的成果，它们所确定的保护范围在一定程度上是可靠的。

折线法的优点是对60m以下的避雷针保护范围较实用，运行经验表明此范围是可靠的。缺点是对60m以上的避雷针保护范围不如滚球法严谨。

2、滚球法对不同保护级别的建筑物规定了不同的滚球半径(我国规范和IEC标准略有不同)，见下表1.而折线法没有对保护范围进行区别。

3两种方法的对比。

①随着建筑物防雷等级的下降，滚球法所确定的保护范围增大，而折线法所确定的保护范围不变。

②第一、二、三类防雷建筑物避雷针的高度分别为10m、20m、30m以下时，两种方法所确定的保护范围相近。

③避雷线分别为10m、20m、30m以下时，滚球法比折线法所确定的保护范围大;避雷针高度分别为20m、30m、40m以下时，两种方法所确定的保护范围基本相同。

④随着避雷针(线)高度的增加，折线法比滚球法所确定的保护范围大得越来越多。

(5)第一类防雷建筑物用滚球法确定的保护范围过小，除非这类建筑物是低矮的且面积较小，否则无法用避雷针保护。对这类建筑物建议采用架空避雷网进行防直击雷。

对于避雷针(线)无法提供完全保护的空间范围或山区雷电活动规律比较复杂，避雷针(线)的绕击率较高的情况，应使用避雷带、避雷网及利用建筑物结构钢筋作为防雷装置，以提高可靠性。

综上，风力发电机组塔筒轮毂中心高度一般为70m以上，高者可达到140m，加上叶片叶尖避雷器的高度，风力发电机防雷高度一般都超过100m，此时，折线法已不再适用，而应采用滚球法，实物模型见图2。

下文按滚球法计算：

一、机组变电单元距离塔筒的距离计算：

据《GB 50057 建筑物防雷设计规范》附录D 滚球法确定接闪器的保护范围D.0.1条第1款、第2款按1类防雷建筑计算，hr=30m

则，机组变电单元距离塔筒的距离应该为10m

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原标题：《GB51096风力发电场设计规范》疑难条文解读连载(二)

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