風(fēng)能是可再生潔凈能源，利用風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前技術(shù)成熟提供了有力支撐、具備規(guī)模開發(fā)條件的電力資源方便。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來越大標準，為了吸收更多風(fēng)能，風(fēng)機(jī)的高度隨著輪轂高度和葉輪直徑增高不斷升高領先水平，雷擊的風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，可以說雷擊已成為自然界中對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行危害大的自然災(zāi)害雙重提升。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)為什么要做雷電防護(hù)戰略布局？

發(fā)生雷擊時(shí)，閃電電流通過所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組件傳導(dǎo)至地面表現明顯更佳，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)位于疾風(fēng)區(qū)狀態，通常選址在丘陵或山脊上，其高度遠(yuǎn)高于周圍的地形地物指導，再加上風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝地點(diǎn)土壤電阻率通常較高廣泛認同，對(duì)雷電流的傳導(dǎo)性能相對(duì)較差，特別容易受到直擊雷流動性、側(cè)擊雷和感應(yīng)雷的襲擊鍛造，因此，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組件采取防雷措施是非常必要的持續創新。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)哪些部位要做雷電防護(hù)改善？

IECTR61400-24《風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)–雷電防護(hù)》指出：現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的防雷通常不同于普通建筑物的防雷，它需要重點(diǎn)解決葉片和輪轂協調機製、齒輪箱信息化、軸承、傳動(dòng)裝置實踐者、發(fā)電機(jī)取得明顯成效、電氣部分、控制系統(tǒng)等雷電防護(hù)問題數據。IECTR61400-24給出了德國易遭受雷擊的風(fēng)機(jī)主要部件的統(tǒng)計(jì)創新的技術，詳見圖示。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)雷電防護(hù)內(nèi)容

目前上還沒有專門針對(duì)風(fēng)力發(fā)電的雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)顯著，只能參照IEC61024-1就此掀開、IEC61024-1-2、IEC61312-2今年、IEC61312-3穩步前行、IEC61312-4和IEC61312-5等標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容，通過對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)機(jī)械動手能力、傳動(dòng)各有優勢、電氣和電子系統(tǒng)的屏蔽、等電位連接重要的意義、浪涌保護(hù)器（SPD）和接地裝置持續，人為的把雷擊造成的損壞降到可接受的水平等多個領域。

風(fēng)機(jī)因雷擊損壞的成本

來自德國的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，風(fēng)機(jī)遭雷擊的部件的維修費(fèi)用（包括人工費(fèi)產品和服務、部件費(fèi)和吊裝費(fèi)等）很高應用擴展，其中葉片損壞的維修費(fèi)用昂貴。風(fēng)力發(fā)電機(jī)遭雷擊損壞后增多，由于故障損害的分析和后續(xù)的維修活動上，加上訂貨期和運(yùn)輸期，會(huì)造成一段時(shí)間的停工期進一步推進。由這個(gè)停工期不僅使發(fā)電量損失導向作用，而且減少了風(fēng)場所有者經(jīng)濟(jì)上的收入。據(jù)國外的統(tǒng)計(jì)應用的選擇，雷擊故障比平均其它故障造成的停機(jī)影響都大十大行動。

風(fēng)電機(jī)組防雷

在運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將會(huì)遭受雷擊的事卻是屢見不鮮，損壞設(shè)備背景下，造成巨大損失綜合措施，甚至危及人身安全。為此自然條件，根據(jù)國外部分防雷研究成果及雷害統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)建言直達，說明雷電危害風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的嚴(yán)峻性。列舉了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組廠家的防雷設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求將進一步，從中看出當(dāng)前防雷設(shè)計(jì)的差異充分發揮。指出要改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)防雷性能狀況，必須從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)成就、制造規(guī)范重要方式、建設(shè)質(zhì)量等根本環(huán)節(jié)著手，并應(yīng)盡快建立我國風(fēng)電行業(yè)(包括風(fēng)機(jī)防雷)技術(shù)規(guī)范系統。

1風(fēng)機(jī)的防雷特點(diǎn)

電閃雷鳴釋放的巨大能量非常重要，會(huì)造成風(fēng)機(jī)葉片爆裂技術交流、電氣絕緣擊穿表示、自動(dòng)化控制和通信元件燒毀……

1.1一般雷擊率

在年均10雷電日地區(qū)服務，建筑物高度h與一般雷擊率n的關(guān)系見表1上高質量。

1.2環(huán)境

風(fēng)力發(fā)電特點(diǎn)是：風(fēng)機(jī)分散安置在曠野，大型風(fēng)機(jī)葉片高點(diǎn)（輪轂高度加風(fēng)輪半徑）達(dá)60～70m的過程中，易受雷擊持續向好；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電氣絕緣低（發(fā)電機(jī)電壓690V貢獻力量、大量使用自動(dòng)化控制和通信元件）更加廣闊。因此規劃，就防雷來說，其環(huán)境遠(yuǎn)比常規(guī)發(fā)電機(jī)組的環(huán)境惡劣可以使用。

1.3嚴(yán)重性

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)電場的貴重設(shè)備進入當下，價(jià)格占風(fēng)電工程投資60%以上紮實。若其遭受雷擊（特別是葉片和發(fā)電機(jī)貴重部件遭受雷擊），除了損失修復(fù)期間應(yīng)該發(fā)電所得之外新體系，還要負(fù)擔(dān)受損部件的拆裝和更新的巨大費(fèi)用投入力度。丹麥LM公司資料介紹：1994年，害損壞超過6%不難發現，修理費(fèi)用估計(jì)至少1500萬克朗(當(dāng)年丹麥裝機(jī)540MW貢獻法治，平均2.8萬克朗/MW)。按LM公司估計(jì)分享，世界每年有1%～2%的轉(zhuǎn)輪葉片受到雷電襲擊共享。葉片受雷擊的損壞中信息化，多數(shù)在葉尖是容易被修補(bǔ)的方式之一，但少數(shù)情況則要更換整個(gè)葉片。雷擊風(fēng)機(jī)常常引起機(jī)電系統(tǒng)的過電壓新型儲能，造成風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制和通信元件的燒毀創新能力、發(fā)電機(jī)擊穿、電氣設(shè)備損壞等事故範圍。所以求得平衡，雷害是威脅風(fēng)機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的嚴(yán)重問題。

2葉片防雷研究

雷擊造成葉片損壞的機(jī)理是：雷電釋放巨大能量空間廣闊，使葉片結(jié)構(gòu)溫度急劇升高至關重要，分解氣體高溫膨脹，壓力上升造成爆裂破壞服務品質。

美國瞬變特性研究院用人工電暈發(fā)生器的發生，在全復(fù)合材料的葉片做雷擊試驗(yàn)，高電壓影響、長電弧沖擊（3．5MV新的動力，20kA）加在無防雷設(shè)置的葉片上，結(jié)論是葉片必須加裝防雷裝置穩定性。

玻璃鋼防雷葉片（圖1）頂端鉚裝一個(gè)不銹鋼葉尖像一棵樹，用銅絲網(wǎng)貼在葉片兩面，將葉尖與葉根連為一導(dǎo)電體去突破。銅絲網(wǎng)一方面可將葉尖的雷電引導(dǎo)至大地能運用，也防止雷擊葉片主體。

丹麥LM公司于1994年獲得葉片防雷的科研項(xiàng)目智能設備，由丹麥能源部資助工具，包括丹麥研究院雷電專家、風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠喜愛、工業(yè)保險(xiǎn)業(yè)重要的角色、風(fēng)電場和商業(yè)組織在內(nèi)開放要求，目的在于調(diào)查研究雷電導(dǎo)致葉片損害，開發(fā)安全耐用的防雷葉片平臺建設。研究人員在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行一系列的仿真測試服務機製，電壓達(dá)1．6MV，電流到200kA使用，進(jìn)行雷電沖擊大幅拓展，驗(yàn)證葉片結(jié)構(gòu)能力和雷電安全性。研究表明：不管葉片是用木頭或玻璃纖維制成更加堅強，或是葉片包導(dǎo)電體與時俱進，雷電導(dǎo)致?lián)p害的范圍取決于葉片的形式。葉片全絕緣并不減少被雷擊的危險(xiǎn)初步建立，而且會(huì)增加損害的次數(shù)綜合運用。研究還表明：多數(shù)情況下被雷擊的區(qū)域在葉尖背面（或稱吸力面）。在研究的基礎(chǔ)上的方法，LM葉片防雷性能得到了發(fā)展實事求是，在葉尖裝有接閃器（圖2）捕捉雷電，再通過葉片內(nèi)腔導(dǎo)引線使雷電導(dǎo)入大地落到實處，約束雷電服務水平，保護(hù)葉片，設(shè)計(jì)簡單和耐用技術創新。如果接閃器或傳導(dǎo)系統(tǒng)附件需要更換處理方法，只是機(jī)械性的改換。

3雷害資料數(shù)據(jù)

3.1我國個(gè)別案例

1995年8月持續向好，浙江蒼南風(fēng)電場1臺(tái)FD16型55kW風(fēng)機(jī)受雷擊關規定，從葉尖到葉根開裂損壞報(bào)廢。

我國各風(fēng)場的雷害明顯，沒有統(tǒng)計(jì)資料安全鏈。

3.2丹麥和德國統(tǒng)計(jì)的雷擊數(shù)據(jù)

3.2.1風(fēng)機(jī)雷擊率

德國雷擊率比丹麥高出1倍。除了地點(diǎn)不同創新為先，收集時(shí)間短(一般認(rèn)為需要1),或許有德國的風(fēng)機(jī)平均總高度44．3m比丹麥的35．5m高真正做到。

3.2.2雷擊地區(qū)分布

3.2.3受雷擊損壞部位

3.2.4影響利用率

3.2.5影響發(fā)電量

3.2.6修理費(fèi)用

3.2.7德國資料記錄

雷擊停機(jī)后可再次順利啟動(dòng)的大約占10．5%，說明防雷保護(hù)的作用創新延展。

3.2.8統(tǒng)計(jì)資料分析

通過上述統(tǒng)計(jì)資料分析強化意識，可以認(rèn)為：

a）德國、丹麥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說明風(fēng)機(jī)遭雷擊概率高基本情況，估計(jì)我國多雷地區(qū)會(huì)更嚴(yán)重現場；

b）安裝在高山的風(fēng)機(jī)，比在低地和海邊更容易受雷擊力量；

c）控制系統(tǒng)損壞率高我有所應，是雷害薄弱環(huán)節(jié)提單產，電氣系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)損壞概率也不低，說明雷電造成的過電壓必須引起重視至關重要；

d）葉片損壞造成損失電量多發展空間、修理費(fèi)用大；

e）德國記錄雷擊停機(jī)后有大約10．5%可再次順利啟動(dòng)有所應，很值得進(jìn)一步研究足了準備。

4防雷標(biāo)準(zhǔn)及地電阻要求

現(xiàn)代的雷電保護(hù)，可分為外部雷電保護(hù)和內(nèi)部的雷電保護(hù)兩部分著力提升。按照IEC1024－1標(biāo)準(zhǔn)深刻內涵，以雷電5個(gè)重要參數(shù)，確定保護(hù)水平分I～I(xiàn)V級(jí)（表8）

如今融合，風(fēng)機(jī)葉片（如LM葉片）的防雷深入闡釋，是按照IEC1024－1的Ⅰ級(jí)保護(hù)水平設(shè)計(jì)，并通過有關(guān)型式試驗(yàn)規劃，所以提高，葉片避免直擊雷的破壞大有改善可以使用。當(dāng)外部直擊雷打到葉片進入當下，將雷電引導(dǎo)入大地也不難。但是稍有不慎，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在離地40～50m機(jī)艙內(nèi)的設(shè)備,和地面控制框設(shè)備都與雷電引下系統(tǒng)有某種相連重要作用，雷電流引起過電壓，造成這些設(shè)備的損壞是面廣而棘手的問題最為顯著。

雷電流引起過電壓尤為突出，取決引下系統(tǒng)和接地網(wǎng)。目前環境，風(fēng)機(jī)廠家對(duì)地電阻值的要求(表9)很不一樣：丹麥(Vestas空間載體、Micon)允許較大；美國(Zond)西班牙(Made)次之相對簡便；德國(Nordex重要組成部分、Jacobs)要求地電阻值小。

我國尚沒有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷和過電壓保護(hù)（包括地電阻值）的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)合作，這是風(fēng)機(jī)國產(chǎn)化和風(fēng)電場設(shè)計(jì)急需解決的問題勃勃生機。

5防雷和過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)

5.1外部直擊雷的保護(hù)設(shè)計(jì)

5.1.1葉片

如上所述，包含接閃器和敷設(shè)在葉片內(nèi)腔連接到葉片根部的導(dǎo)引線極致用戶體驗，葉片的鋁質(zhì)根部連接到輪轂提供有力支撐、引至機(jī)艙主機(jī)架、一直引入大地建議。葉片防雷系統(tǒng)的主要目標(biāo)是避免雷電直擊葉片本體品率，而導(dǎo)致葉片本身發(fā)熱膨脹相貫通、迸裂損害。

5.1.2機(jī)艙

機(jī)艙主機(jī)架除了與葉片相連積極影響，還連接機(jī)艙頂上避雷棒集聚效應，見圖3。避雷棒用作保護(hù)風(fēng)速計(jì)和風(fēng)標(biāo)免受雷擊重要手段。主機(jī)架再連接到塔架和基礎(chǔ)的接地網(wǎng)互動講。

5.1.3塔架及引下線

專設(shè)的引下線連接機(jī)艙和塔架，減輕電壓降像一棵樹，跨越偏航環(huán)過程中，機(jī)艙和偏航剎車盤通過接地線連接，因此能運用，雷擊時(shí)將不受到傷害達到，通過引下線將雷電順利地引入大地。

5.1.4接地網(wǎng)

接地網(wǎng)設(shè)在混凝土基礎(chǔ)的周圍不可缺少，見圖