三峡新能源清水发电有限公司 甘肃天水 741400
摘要：近年来，我国的风力发电厂建设越来越多，电厂的防雷也越来越受到重视。为提高风力发电系统的防雷水平，本文基于当前国内风力发电系统防雷技术现状，分析了风电机组防雷设计的几种主要设计方法，以及存在的主要问题，提出了一些改进策略，并结合自身工作经验总结了一些风电厂防雷的新思路，以期有助于提高风力发电系统的防雷水平，更好地保障风力发电系统的安全连续可靠运行。
关键词：风力发电；叶片；接闪；雷电；防雷设计
引言
雷电防护措施，作为保证人身安全和财产安全的有效防护措施，已经成为现代建筑设计中不可或缺的组成部分。作为一种预防措施，防雷措施应该本着实用性及经济性的原则来进行设计。放电现象发生于“角”与“边”的概率要远大于发生在“面”的概率，故而现代雷电防护措施采用设置“接闪器”的方式，吸引雷电直击“接闪器”，并通过有效电气连接将过电流散流至大地，达到保护附近建筑物或构筑物的目的，即采用最为经济的接闪装置布局，减小乃至避免雷击导致的财产损失。对于设计行业来说，合理的设计应通过布置接闪器实现有效保护，且在散流过程中不会造成局部接触及跨步电压达到危险值，同时，在保证防护效果的情况下，节省成本投入。
1雷电的形成及种类
雷电产生于带电的云层中，是通过带电云层而产生的巨大的放电现象。产生带电云层的可能性有很多，主要是因为云滴上升过程因遇冷降温而带电，此时云层不同方位汇聚了正负不同电荷，不同的电荷之间就会形成大气电场。大气电场之间发生放电现象，称云中闪电或云际闪电。带电的云层向下运动，通过静电感应的作用，使地表产生了与之不同的异性电荷。当云层中的电场与地球表面之间的电场强度不断扩大，达到可以击穿空气的强度时，开始游离放电，称为“先导放电”。在主放电过程中，不同电荷之间不停的交错反应，伴随着巨大的闪电，产生很强的电流效应，形成雷电。这种现象称为云地闪电，或者云地闪。从危害的角度上，雷击可以分为两种：雷电感应和直接雷击。雷电感应又被称之为感应雷，直接雷击被称之为直击雷。（1）感应雷。感应雷主要是带电云层和大地之间产生的强大静电场，正负电荷快速的中和而使得附近的金属导体、信号管线、输气管道等感应出大量的电荷。电荷因为短时间内无法快速传导而产生了过载电压。在此种环境中，暴露在外的金属构件间可能产生感应电，由此可引发火灾的风险，在腐蚀的化学品仓库或废料间更加严重，因为这些堆砌的废料绝大部分是易燃易爆物品。（2）直击雷。直击雷指的是大气中的雷电对地面或者其他建筑物直接放电产生巨大的破坏作用，可能造成人员伤亡、房屋坍塌等重大损失。
2风力发电厂防雷技术
2.1风电场进行整体防雷
对于风电场总体防雷而言，通常借助雷击电气几何参数与电场强度特点，可以将风电场作为一个整体，充分考虑工况环境诸如地形、地势以及相应的气象条件等，同时需要充分考虑经济性。对于容易被雷击的位置，可以设置多个独立的接闪针塔。假如雷电接近风电场时，这时塔顶设置的独立接闪针，可以使雷电发生在接闪针塔上，因此可以有效地使电气系统免遭破坏。
2.2对于电气及电子系统的防护
由于建筑中供电线路、控制线路及通讯线路多与建筑外连接，不仅是雷击建筑物本身，雷击建筑物附近或者雷击入户线路的过电压同样可能导致系统瘫痪。而防护措施是在电气电子线路入户处或系统集中部分设置合适的浪涌保护器（ＳＰＤ），且对于弱电压系统需要额外做有效电磁屏蔽及等电位连接措施。
2.3控制室的防雷措施
控制室内有大量的交换机柜、配电柜、路由、信号线等传输设备，需要安装独立的接闪杆、接闪带，才能防护整个控制室所在的位置。配电柜应有明显的可靠接地。大多数的配电柜可以允许电源线从配电柜的底部进出，所以它的底部不会安装挡板，一旦发生电源线绝缘性能不良，底柜就可能带电，就为让人有遭受雷击的风险。配电柜的底部安装成功后不会再进行移动，因此配电柜的底部接地应该做好。此外所有引进控制室的管道、线路、路由、交换机柜等应等电位连接，并安装浪涌保护器。
2.4主动避让雷电
可以通过天气预报加强雷电预警，假如有风雨进入风电场时，可以让风机及时地停止工作，与此同时使风机浆叶处于不容易接闪的位置，由此可以极大地避免浆叶被雷击。假如风机处于高速运转状态，比如处于暴风雨的环境中，由于其浆叶位置不确定，容易被雷击，与此同时，当叶片与机舱处于运转状态下往往不利于导流。此外，由于运动的风机，其浆叶具有加大的转速，因此转动惯量相对较大，当其遇到雷电流时，不仅会出现巨大的机械振动，而且产生大量的热，从而损坏风叶。当风叶处于静止状态时，实现接闪，那么受损率非常低，并且比较容易修复。与此同时，可以及时将电气设备断电，从而可以防止雷电流向其他风机组传递，进而最大限度地避免设备的损坏。
2.5对于燃烧或爆炸损害的防护
这些损害属于雷击的间接损害，所以有效的防护措施是使雷击位置尽量远离可燃或易爆区域，同样可以通过合理布置的接闪器，防止该类型的损害。对于电厂常见的输油（气）管路或罐体，应在法兰位置做有效电气连接，并在相应距离处做接地处理。如果将罐体或管道视作天然接闪器或引下线，则应保证ｃ中的厚度要求，且避免管道法兰处因采用绝缘件而发生火花放电现象。
2.6防雷接地的材料及尺寸
早先防雷接地的材料大部分使用的是热镀锌钢材，但是由于化工企业环境往往具有强烈的腐蚀性，也有使用不锈钢材或铜材的。近年来随着科技进步，陆陆续续推出很多新型材料，如铜包钢、锌包钢等，但此类新型材料在实际操作过程中需要小心使用，一旦出现损坏将导致化学腐蚀，使用寿命会大大减少。由于化工企业通常具有腐蚀性环境，其接地装置材料的尺寸需在常规建筑接地装置的材料尺寸基础上做适当的放大。当为腐蚀环境时，扁钢厚度宜由4毫米升级为5毫米，圆钢最小直径由12毫米升为14毫米。
2.7其余的有效防雷措施包括
优化雷电流的散流，可通过深埋接地极，在引下线集中连接的位置做集中接地极或换用低电阻率土壤等方法。对于空调及屋顶风机等屋顶突出物，如有限功率电源（ＬＰＳ）保护，则应将其外壳接地，且接地点电气距离应尽量远离接闪器；如将其外壳视为接闪器，则其外壳厚度应满足上述天然接闪器要求，且与厂家确认雷击外壳不会对内部系统造成损害。对于危险区域，可通过设置警示牌或者物理隔离的方式避免人员进入。
结语
综上所述，风电场作为一个整体，在进行设计的过程中必须做好各个环节的避雷措施，比如浆叶、机舱以及相应的电子系统。在进行设计时，不仅需要从整体上进行设计，而且必须充分考虑经济效益以及防雷效果等。现在，随着我国科技的不断进步，在设计防雷系统时，只有不断引入新的科技成果，才可以发挥更好的防雷效果，从而避免出现不必要的经济损失以及危害，为我国提供更多的新能源，实现经济的可持续发展。
参考文献：
［1］王金元．风力发电系统防雷技术改进分析［Ｊ］．通信电源技术，2019（12）：33－35．
［2］樊娅男．风力发电防雷检测要点［Ｊ］．科技风，2018（25）：10－12．
［3］顾爽，付学文，魏智娟．风力发电系统雷击过电压技术研究概论［Ｊ］．内蒙古科技与经济，2017（5）：44－46．
［4］杨剑虹，常君得，高莉莉，等．风力发电系统防雷技术分析与改进［Ｊ］．科技展望，2016（20）：55－57．