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摘要：风力发电机组在大规模应用过程中受到自然灾害的威胁已经越来越引起人们的重视，其中风机遭受雷击导致其不能正常运行是最重要的一种自然灾害。本文就风力发电机组的综合防雷技术进行了探讨。
关键词：风力发电机组；综合防雷；应用
前言
风力发电机组塔位往往多布置在例如海岸、丘陵、山脊，旷野平原等空旷地区，暴露于雷击之中。且本身高度在120m以上，属高大建筑物。对于高度超过60m的高大建筑物会发生侧击，即部分雷电绕过建筑物顶部装置的接闪器，击中建筑物侧面。而风电机组分布在空旷平坦（或山地、山脊顶端）的位置，并且周围缺少高大物体配合防雷，缺少有效的防雷设施，发生雷击时，更能吸引雷电。风机本身就犹如一座天然的引雷塔。风电场是一个整体，其防雷设计既需要考虑每个机组内部的防雷，如桨叶、机舱、轮毂及电子电气系统的防雷，又要有总体设计思路，这样才能有更好的经济效益和防雷效果，另外还应该认识到科技是不断发展的，只有把新的研究成果和技术不断的应用到风电机组的防雷设计中，才能更有效地减少雷电造成的危害和损失，实现风力发电的可持续发展。
1风电机组的综合防雷技术措施
1.1直接雷防护
直接雷是指雷击直接作用于风力发电机组，当雷电流流过被击物时，导致被击物温度的升高，从而产生燃烧最终导致风力发电机组受损，因此完善的直击雷电流泄放通道对于风力发电机组直击雷的防护起到至关重要的作用，由于风电机组中的风机主体高度较高，加上叶片直径较大，则容易导致在空旷地带中，风机成为周围地区中最容易受到直接雷危害的物体。针对目前风电机组中仍然采用的是富兰克林避雷方法也就是通过防雷过电压保护装置来对雷电进行吸引并对保护对象进行替代来遭受雷击的保护方式。目前风力发电机组直击防雷系统主要由接闪系统、下引线系统、接地系统构成。
风力发电机组叶片往往是整个机组的最高点，也是最容易受雷击的部位，通常采用最新的叶片雷击防护方式，参照客机机翼雷击防护办法，结合叶片、客机机翼雷击情况，在叶片叶尖易受雷击区域采用金属网全敷设方案，在叶片尖端装接闪器，有效避免雷击对叶片造成的损伤另外主机相对高点位置（围栏、测风装置等）设计接闪器（避雷针）。金属叶尖和叶片上的接闪器、接闪网以及以及测风桅杆上的接闪器（避雷针）、金属护栏、金属机舱组成风机的接闪系统。
风力发电机组叶片的接闪器引下线经叶片内部（铜质或铝质电缆）连接至叶根防雷环，叶根防雷环（滑触式防雷碳刷、导线）与轮毂防雷环连接，轮毂再经过主机、塔架与接地系统连接。1.2侧击雷防护
在风机受到侧击雷危害时，由于雷山的最后闪络距离为45m时，与之相对应的得到保护的最小雷电流幅值为10．1KA，也就是说在滚球半径为45m时，只要雷电流在10．1KA以上就会在接闪器上出现雷电闪击问题。而且在雷电流在此数值以下时会出现绕击问题，且在被保护物体的高度在45m以上时会出现侧击问题。这就对风机塔身材料提出了较高的要求，不仅要做好防腐防护措施，而且要确保其在发生侧击问题时，可以对引下线的作用进行承受以及起到接闪的作用。
1.3风机接地
为了满足上述防雷要求，需要风电机组防雷接地电阻在4Ω以下。为了满足此接地电阻的要求，所采用的接地网的方式就是在基础上有1个沿基础环的环型接地与箱式变压器、变流器等电气柜以及塔架作等电位连接，所用的垂直接地体为镀锌钢管，而且在上述接地网的箱式变压器的反方向位置上进行三条引上线的预留来对放射接地进行外延。所用的接地材料为低电阻的接地模块，而且选择具有较好导电性的黄粘土作为回填土，还要将其与物理长效降阻剂来进行搅拌使用。在所用的接地阻值满足不了上述要求时，就需要在外延线方向上进行其长度的继续延长。
1.4等电位连接
针对风机具有较广的分布面积以及较为恶劣的电磁环境的现状，需要在风机叶片一直到控制室的终端设备都需要进行等电位连接的防雷措施。确保此方式所具有的均压效果满足在风机基础环型地网上不少于2处连接点的要求。此外，针对穿过各防雷区界面的金属物和系统，还有在一个防雷区内部的金属物和系统来说，其等电位连接还要满足以下要求：就是等电位连接需要在风轮与机舱间、机舱与塔筒间、尾舵与水平轴间应通过滑触式防雷碳刷、导线等方式进行等电位连接。
1.5电子信息系统防护
采用电子信息系统防护措施重点是对防雷保护等级进行确定，需要在对其进行设计时按照不同的建筑物电子信息系统的特点、环境、雷电活动规律、设备所在雷电防护区和系统对雷电脉冲的抗扰度、雷击事故受损程度、系统设备的重要性来进行确定和全面规划。首先就是为了对电磁干扰的感应效应进行减少而采用将屏蔽措施在风机与控制室外部进行设置，并联合使用合适的路径进行线路敷设和屏蔽等方式。其次就是针对机舱内各种机柜的防护，组要是通过变桨控制柜、使用双绞线通讯在机舱到变桨柜之间，以及采用在机舱控制室与塔底控制室之间的UPS进线端安装电源避雷器等方式。最后就是针对塔底设备柜的防护。就是在各设备采用三级SPD防护的雷电波防护方式。
2风电机组防雷技术新思路
2.1风电场进行整体防雷
风电场的总体防雷指的是：依据雷击电气几何模型理论和电场强度大的地方引雷能力强的特性，把风电场作为一个整体，根据当地的地形、地势、气象条件和风电机组布局等情况，并考虑经济性，在风电场易受到雷击的位置设置若干个相互独立的接闪针塔，当雷电靠近风电场时，由于风电机组上电场强度远弱于独立接闪针塔顶处，就使得雷击发生在接闪针塔上，从而避免发电机组免受雷电破坏。
2.2主动避让雷电
加强雷电的预警，当雨云进入风电场时，风机及时停止工作，并使风机桨叶停在最不容易接闪的位置，如相对水平处，这样就可以大大减小桨叶被雷电击中的可能。因风机在工作时的运转较快，尤其是暴风雨来临时，其运转速度更快。运转中的风机，第一易于接闪，第二叶片和机舱处于旋转状态时，不易导流，第三风机在静止状态和快速转动情况下被雷电击中被破坏的程度差别极大，桨叶快速运转时，其动量和惯性都很大，遇上雷电强大的机械作用和热作用，很可能将风叶彻底破坏，而风叶在静止状态下接闪，则造成的破坏一般较小，修复容易，费用较低。另外，在风机遭遇雷击时，及时地切断电子电气线路，也可防止雷电形成的过电压通过线路传到相邻风电机组，使其遭受损坏。
2.3接地体的选择
我国风电场接地体使用的导体材料基本都是镀锌钢，而国外广泛使用的接地材料为铜和铜包钢。据美国科学家在45年中对29个试验场地的研究结果表明：不同导体材料的金属接地体的腐蚀情况差异较大。经过10年后：铜和铜包钢材料，接地体腐蚀的平均深度仅为1.13mils，平均每年的腐蚀深度为0.11mils，仅出现了轻微腐蚀；而镀锌钢，其腐蚀深度高达3.50mils，平均每年的腐蚀深度为0.35mils，且有腐蚀点出现在了镀锌层下面的钢上，呈现出严重腐蚀。在风电场的规模和单机发电量都日趋增大的情况下，其投资很大，要求风电机有较长的使用寿命，若因接地体过度腐蚀而使雷电泄流受阻从而造成风机的雷电损坏，其损失将是难以承受的。因而风机生产厂家应重视接地体材料的腐蚀问题，尤其是土壤中含水分和电解质较多的风电场，因这些地方的土壤接地体更易受到腐蚀。
结束语
针对目前风电机组运行中容易受到雷击危害的情况，在对雷击对风电机组的危害进行分析之后，提出了目前针对不同雷电危害所应用的直接雷防护、侧击雷防护、风机接地、等电位连接、电子信息系统防护等综合防雷技术措施。此外还需要在目前我国在逐步推进风机国产化的过程中，在引进先进技术的同时对我国的风机防雷和过电压设计进行改进，提高我国风电机组的综合防雷技术水平。
参考文献：
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