风力防雷一一、概述随着人们对可再生能源利用价值认识的提高，风力发电在近十几年来的发展非常迅速：截至２００８
年底，中国风电总装机规模已经达１２１７万千瓦；２０１０年底中国风电累计装机容量有望达到３０００万千瓦。风电的发展风电场所
处地域气候复杂，雷雨较多；风机是海面突出的建筑物，易遭雷击；大型风机叶片高点（轮毂高度加风轮半径）达60～120m，增加雷击
风险风力发电机组的电气绝缘低（发电机电压690V、大量使用自动化控制和通信元件）,雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损
坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。雷击是风电场事故的主因风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工
程投资60%以上。若其遭受雷击，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。世界每年有1%～2%的转轮叶片受到雷电袭击。叶片受雷击的损
坏中，多数在叶尖是容易被修补的，但少数情况则要更换整个叶片。风电场雷击风险损失?雷击概率??通常用雷击高层建
筑的频度估算方法来估计雷击风电机组的频度。????式中Ng为年平均落雷密度，表示在所考虑的建筑物所在区域内每年每平方公里的雷
击次数；Ae为建筑物的等效面积，m2。通过统计，在年均10雷电日地区，建筑物高度h与一般雷击率n的关系见表1。以此类推
，对于高雷区建筑物越高雷击概率越大。雷击位置?估计雷云对大地放电的可能雷击点的位置，可以应用“滚球法”的简化方法。
将此方法应用于风电机组，则可以推知叶片的大部分、轮毂、机舱的尾部以及部分塔筒均可能成为雷击放电点。图1给出了几种典型
的雷击风电机组时可能的放电位置示意图。二、风电一般防雷措施及其弊端无任何金属处理的叶片防雷?叶片并没有设置内
部导电体或进行表面金属化处理，仅是纯粹的玻璃增强塑料（GRP）结构或GRP–木结构。早些时间，有些观点认为雷电不会击中绝缘材料制成
的叶片上，可是，实际的运行经验彻底的打破了这种观点，事实上，运行经验表明，这种类型的叶片经常遭受雷击，并且通常是灾难性的。无
叶尖阻尼器叶片防雷无叶尖阻尼器的叶片防雷结构，见图2，对于无叶尖阻尼器的叶片，一般是叶尖部分的玻璃纤维外表面预置
金属化物作为接闪器，并埋置于叶片内的铜导体相连（铜导体与叶根处的金属法兰连接），外表金属化物可以采用网状或箔状结构，雷击会对这样的
表面造成局部溶化或灼伤，严重的直接击坏叶片，大大减小叶片适用寿命。叶尖有阻尼器叶片防雷?对于有叶尖阻尼器的叶片，
通常是叶尖部分的玻璃纤维中预置金属导体作为接闪器，通常有碳纤维材料制成的阻尼器轴与用于启动叶尖阻尼器的钢丝（启动钢丝与轮毂工地）相
连接，这样的防雷结构相对无叶尖阻尼器的叶片要好，但对相对较大的雷同样会灼伤；且对泄流提出了很高的要求，即，雷电可以安全地通过导电构
件导入地下，这就要导电构件有足够的强度和横截面积，用什么传导就成了问题。?轴承防雷保护雷击叶片时产生的大部分雷
电流都将通过低速主轴导入塔筒，通过轴承传导的强大雷电流通常会在轴承接触面上造成灼蚀斑点，能够引起噪声，震动和增大机械摩擦等，从而导
致缩短轴承的使用寿命。有些轴承具有绝缘垫层，雷电流通过滑环导入塔筒，这种措施可降低轴承所受的损伤程度，但要消除轴承的潜
在问题还是非常困难，主要原因是与轴承平行的滑环往往只能承载小部分雷电流，而大部分雷电流的流通还需轴承完成。?机舱防雷
如果叶片采取了防雷保护措施，需要在机舱尾部设立避雷针，并与机架密切连接。如果叶片没有防雷保护措施，则应在机舱的首尾端同时装避
雷针。这时需对由于非导电材料制成的机仓中的控制信号等敏感的线路部分都应有效频蔽，频蔽层两端应与设备外壳连接，另外在机舱表面布置金属
带或网，且与机架相连接，为工作人员提供安全保护和一定程度电磁频蔽。如果机舱是金属制成的，则将机舱与低速轴承和发电机机
座连接，就可以实现安全保护和电频蔽。提供电气连接的导体应尽量短。?暂态过电压及线路保护对风电机组控制系统造成破
坏的暂态过电压，可能是由直击雷或非直击雷引起的。发生在信号线，通讯线，电力线附近的雷击过程，将在这些线路上产生暂态过电压，其幅值可
能达到几十千伏。通信线在进入建筑物处应设置浪涌保护器以保护，并通过一低阻抗接地线接地。沿电力线路注入的暂态过电压会对线
路造成破坏，因此需要使用浪涌保护器加以保护。?电气设备的防雷保护实现远端输入，输出功能的器件都需要进行过电压保护。在风
电机组中，可能产生感应过电压的区域是：a机舱内部和穿过偏航轴承的地方；b连接到控制室和配电室的电缆中。
位于这些区域任何一端的电气控制设备，各电压等级的电源变压器，通信线路，24V直流电源，I/O模块，都要装设浪涌保护器件。部分
感应雷防护缺陷对电源线路目前国内的产品和国外绝大部分厂家的产品只能提供并联保护，而并联保护受其技术限制只能
达到1000V以上残压等级，远远大于被保护设备的耐受等级，而串联保护技术可达到240V-260V的水平，例如，计算机系统的最高耐压
等级为380V。目前存在感应雷问题目前市场上安装浪涌保护器后,设备还是受雷击的现象普遍存在?风电机组的接地存在问题：地网腐蚀过快，减少适用寿命；土壤电阻率高，降阻困难；铜包钢棒腐蚀，脱落 |
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