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【摘要】随着风电机组单机容量和风电场规模的增大，风电场的安全运行问题日益受到重视。在影响风电场安全运行的诸多因素中，遭受雷击是一个重要方面。本文结合风电机组防雷的研究成果，对风电机组的雷击过程、雷击损坏机理以及防雷措施进行了较全面的阐述。
【关键词】风电机组;综合性防雷;保护措施
0.概述
风力发电是目前技术最成熟、最具规模化发展前景的可再生能源，风能与其他常规能源相比在利用上有明显的优点：取之不尽、用之不竭、就地可取、分布广泛、分散使用、不污染环境，最重要的一点是对于遏止目前日益恶化的全球温室效应有着尤其重要的意义。在能源供应日趋紧张、环境污染日益严重的形势下，风电发展越来越受到各方的高度重视。中国的风力发电占到整个电力结构的很少一部分，发展空间十分广阔。
风电产业的重要性日益凸显，风电机组不仅是因为其造价昂贵，更是作为风电产业的核心部件，直接影响着总发电容量，所以对风机的防护是至关重要的。影响风电场安全的因素很多，其中雷击作为影响其运行的一个重要方面。随着单机容量的增大，风电机组的塔筒越来越高，内部的电子器件越来越复杂，再加上浙江地区的特殊情况，风电场一般都处于广阔地带，因此风电机组遭受雷击的可能性也较大。雷电现象具有随机性、破坏力极大，不可能完全避免风电机组遭受雷击，只能在风电机组设计、制造和安装过程中，采取防雷设施，使雷击造成的损失减到最低。
1.风电机组的防雷措施
为了增加总装机容量，风电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多的能量，轮毂高度和叶轮的直径也随之增高，相对的也增加了被雷击的风险。雷击发生时，电流通过风力发电机组件传导至地面，由于浙江建设的风力发电机都位于风力比较大（风区瞬时风力可达40-50秒/米）的区域，风电场通常选址在空旷开阔的丘陵或山脊上，其高度远高于周围的地形地物，安装地点的土壤电阻率通常较高，对雷电流的传导性能相对较差，特别容易受到直击雷、侧击雷和感应雷的袭击。如若遭受雷击，雷电释放的巨大能量会造成风电机组的叶轮损坏、发电机内部绝缘系统被击穿、控制元器件烧毁等。因此，对风力发电机组件采取防雷措施是非常必要的。
风电机组的防雷是综合性较强的防雷工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风机在雷电天气下能否正常工作、能否保证机舱内各种设备不受损害。
1.1直击雷的防护
通常对风电机组的直击雷防护就是指的对风机叶片做得防雷保护。现在依旧沿用富兰克林的方法：利用叶片自身的高度使雷云下的电场发生畸变，从而将雷电吸引，以达到保护的目的。这就对风机的叶片的制作及其材料提出很高的要求，要求叶片必须能够承受足够大的电流，并且在叶片上添加导电性能良好、自身重量轻的，类似于碳纤维的材料，用单独连接线将叶片与塔身连接在一起，为雷电流泄放提供一个良好的通道。
在做好叶片防雷的同时还要考虑对机舱进行必要的防雷措施。按照原理来说对叶片采取了防雷保护措施，也就相当于实现了对机舱的直击雷防护。虽然如此，也需要在机舱尾部设立避雷针，并与机架紧密连接。对由非导电材料制成的机舱中的控制信号等敏感的线路部分做好有效屏蔽，屏蔽层两端都应与设备外壳连接，而且还要避免形成环路。另外，在机舱表面应布置金属带或金属网，且与机架相连接，为工作人员提供安全保护和一定程度的电屏蔽。装设这种带状保护和附加防护，以及位于机舱前部的避雷针等，在绝缘叶片的情况下是非常必要的。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相连接，就可以实现很好的安全保护和电屏蔽。
1.2电磁屏蔽
雷电击中电气元件即雷电流直接注入线路的情况是一种非常严重的雷击现象，将会产生相当大的破坏作用。因此要避免雷电直接击中系统中的传感器件和接线。实现这种保护是比较容易的，用合适的布线方式以及避雷针等均可起到一定的保护作用，像气象仪之类的器件应该用避雷针保护。实际上，风电机组机舱尾部的避雷针就兼作风速、风向仪的支撑杆，这样的布置方式对风速、风向仪的保护是比较有效的。这些仪器的信号线路应该沿着金属构件布置并且加以屏蔽。
舱内各机柜内的进线、出线处必须严格按照雷电防护区域的进行划分，通过雷击风险评估后，按评估结果进行设计，根据建筑物内信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级。第一级采用开关型的电涌保护器，第二级和第三级采用限压型的电涌保护器。且各参数必须符合规范要求的最小值，即一级冲击电流应取等于或大于12.5KA（10/350μs），二级标称放电电流In≥40KA（8/20μs），三级标称放电电流I n≥20KA（8/20μs）。
发电机及其励磁系统，继电保护和控制系统、通信和信号以及计算机系统都应安装相应的过电压保护装置。
1.3接地系统
接地是风电机组安全在雷雨天气下运行的必备条件。区域内的风电场通常布置在广阔的隔壁地带，而土壤电阻率一般都很高，因此按照传统的接地方式设计接地系统显然不能满足其要求。风电机组基础周围事先都要布置小型的地网，但这样的接地网很难满足接地电阻须小于1～2Ω的要求。通常的改善措施是将风电场内所有的风电机组接地网都连接起来，以降低整个风电场的接地电阻。另外，还可在机组接地网间敷设金属导体，当遭受雷击时可显著降低风电场的地电位升高，也可减轻雷击对电缆绝缘及变压器高低压绕组间绝缘的危害程度。
2.结语
风电产业的发展前途不可限量。但是如何确保风电系统的安全运行，排除安全隐患，也是发展风电产业工作的重中之重。雷击是影响风电系统正常运行的重要安全因素之一。对风电机组的防雷保护措施进行探讨是不可或缺的，它对保证风电场的安全运行具有重要的意义。
本文阐述了风电产业的发展概况，对风电机组的防雷保护措施进行了探讨。提出在风电机组的防雷设计中，应根据不同的雷击损坏机理，采取不同的防雷措施。避免叶片等部位直接遭受雷击、选择适当的导体结构、合理设计雷电流路径以及降低控制和信号线路中的感应电压、良好的接地系统等措施从而达到一定防雷效果。 [科]
【关键词】风电机组;综合性防雷;保护措施
0.概述
风力发电是目前技术最成熟、最具规模化发展前景的可再生能源，风能与其他常规能源相比在利用上有明显的优点：取之不尽、用之不竭、就地可取、分布广泛、分散使用、不污染环境，最重要的一点是对于遏止目前日益恶化的全球温室效应有着尤其重要的意义。在能源供应日趋紧张、环境污染日益严重的形势下，风电发展越来越受到各方的高度重视。中国的风力发电占到整个电力结构的很少一部分，发展空间十分广阔。
风电产业的重要性日益凸显，风电机组不仅是因为其造价昂贵，更是作为风电产业的核心部件，直接影响着总发电容量，所以对风机的防护是至关重要的。影响风电场安全的因素很多，其中雷击作为影响其运行的一个重要方面。随着单机容量的增大，风电机组的塔筒越来越高，内部的电子器件越来越复杂，再加上浙江地区的特殊情况，风电场一般都处于广阔地带，因此风电机组遭受雷击的可能性也较大。雷电现象具有随机性、破坏力极大，不可能完全避免风电机组遭受雷击，只能在风电机组设计、制造和安装过程中，采取防雷设施，使雷击造成的损失减到最低。
1.风电机组的防雷措施
为了增加总装机容量，风电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多的能量，轮毂高度和叶轮的直径也随之增高，相对的也增加了被雷击的风险。雷击发生时，电流通过风力发电机组件传导至地面，由于浙江建设的风力发电机都位于风力比较大（风区瞬时风力可达40-50秒/米）的区域，风电场通常选址在空旷开阔的丘陵或山脊上，其高度远高于周围的地形地物，安装地点的土壤电阻率通常较高，对雷电流的传导性能相对较差，特别容易受到直击雷、侧击雷和感应雷的袭击。如若遭受雷击，雷电释放的巨大能量会造成风电机组的叶轮损坏、发电机内部绝缘系统被击穿、控制元器件烧毁等。因此，对风力发电机组件采取防雷措施是非常必要的。
风电机组的防雷是综合性较强的防雷工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风机在雷电天气下能否正常工作、能否保证机舱内各种设备不受损害。
1.1直击雷的防护
通常对风电机组的直击雷防护就是指的对风机叶片做得防雷保护。现在依旧沿用富兰克林的方法：利用叶片自身的高度使雷云下的电场发生畸变，从而将雷电吸引，以达到保护的目的。这就对风机的叶片的制作及其材料提出很高的要求，要求叶片必须能够承受足够大的电流，并且在叶片上添加导电性能良好、自身重量轻的，类似于碳纤维的材料，用单独连接线将叶片与塔身连接在一起，为雷电流泄放提供一个良好的通道。
在做好叶片防雷的同时还要考虑对机舱进行必要的防雷措施。按照原理来说对叶片采取了防雷保护措施，也就相当于实现了对机舱的直击雷防护。虽然如此，也需要在机舱尾部设立避雷针，并与机架紧密连接。对由非导电材料制成的机舱中的控制信号等敏感的线路部分做好有效屏蔽，屏蔽层两端都应与设备外壳连接，而且还要避免形成环路。另外，在机舱表面应布置金属带或金属网，且与机架相连接，为工作人员提供安全保护和一定程度的电屏蔽。装设这种带状保护和附加防护，以及位于机舱前部的避雷针等，在绝缘叶片的情况下是非常必要的。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相连接，就可以实现很好的安全保护和电屏蔽。
1.2电磁屏蔽
雷电击中电气元件即雷电流直接注入线路的情况是一种非常严重的雷击现象，将会产生相当大的破坏作用。因此要避免雷电直接击中系统中的传感器件和接线。实现这种保护是比较容易的，用合适的布线方式以及避雷针等均可起到一定的保护作用，像气象仪之类的器件应该用避雷针保护。实际上，风电机组机舱尾部的避雷针就兼作风速、风向仪的支撑杆，这样的布置方式对风速、风向仪的保护是比较有效的。这些仪器的信号线路应该沿着金属构件布置并且加以屏蔽。
舱内各机柜内的进线、出线处必须严格按照雷电防护区域的进行划分，通过雷击风险评估后，按评估结果进行设计，根据建筑物内信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级。第一级采用开关型的电涌保护器，第二级和第三级采用限压型的电涌保护器。且各参数必须符合规范要求的最小值，即一级冲击电流应取等于或大于12.5KA（10/350μs），二级标称放电电流In≥40KA（8/20μs），三级标称放电电流I n≥20KA（8/20μs）。
发电机及其励磁系统，继电保护和控制系统、通信和信号以及计算机系统都应安装相应的过电压保护装置。
1.3接地系统
接地是风电机组安全在雷雨天气下运行的必备条件。区域内的风电场通常布置在广阔的隔壁地带，而土壤电阻率一般都很高，因此按照传统的接地方式设计接地系统显然不能满足其要求。风电机组基础周围事先都要布置小型的地网，但这样的接地网很难满足接地电阻须小于1～2Ω的要求。通常的改善措施是将风电场内所有的风电机组接地网都连接起来，以降低整个风电场的接地电阻。另外，还可在机组接地网间敷设金属导体，当遭受雷击时可显著降低风电场的地电位升高，也可减轻雷击对电缆绝缘及变压器高低压绕组间绝缘的危害程度。
2.结语
风电产业的发展前途不可限量。但是如何确保风电系统的安全运行，排除安全隐患，也是发展风电产业工作的重中之重。雷击是影响风电系统正常运行的重要安全因素之一。对风电机组的防雷保护措施进行探讨是不可或缺的，它对保证风电场的安全运行具有重要的意义。
本文阐述了风电产业的发展概况，对风电机组的防雷保护措施进行了探讨。提出在风电机组的防雷设计中，应根据不同的雷击损坏机理，采取不同的防雷措施。避免叶片等部位直接遭受雷击、选择适当的导体结构、合理设计雷电流路径以及降低控制和信号线路中的感应电压、良好的接地系统等措施从而达到一定防雷效果。 [科]