雷电对风力发电机组的危害及对策

风力发电系统防雷技术改进措施分析发布时间：2021-04-12T10:08:18.187Z 来源：《科学与技术》2020年36期作者：刘涛[导读] 风电行业是一个正处于高速发展的行业，近年来雷击事件屡刘涛广东粤电湛江风力发电有限公司广东湛江 524000摘要：风电行业是一个正处于高速发展的行业，近年来雷击事件屡有发生，致使风电机组无法使用。

本文主要讨论风力发电系统防雷问题，经过对风电机组中的防雷性能以及防雷技术进行分析，相应地提出有针对性的防雷措施，保证风电场的安全性。

关键词：风力发电系统；防雷技术；改进措施引言雷电灾害是影响风力发电综合效率的重要原因，一直都是重点研究对象，需要在前期设计阶段做好可靠的防雷保护处理，通过多种保护措施的相互配合，将雷击灾害产生的影响控制到最小，为风力发电系统的可靠运行提供可靠保障。

虽然现在可以选择的防雷保护技术越来越多，但是为满足风力发电实际需求，还需要在现有基础上持续研究。

一、雷电的来源及雷电对风力发电机的危害1.1 雷电的来源雷电是直接产生于大气中的，在整个大气环境中含有大量的气体离子，包括正离子和负离子。

这些正、负离子在大气中携带微弱的导电性，进而造成大气电场、电流以及雷电的产生。

一般雷电现象会比较频繁地发生在较高建筑物、沿海及山地区域。

风力发电机为了更多地利用风能，也是布置在山地和海边这些比较空旷的地区，因此风力发电机容易受到雷电的袭击。

1.2 雷电的危害针对风力发电系统来讲，因为需要以风力资源作为生产根本，必须要建设在野外空旷区域，并且叶片均保持较高高度，这样就决定了其更容易受到雷击影响。

叶片为雷击的主要对象一般情况下雷击损害主要集中在叶尖部位，很少会造成整个叶片损坏，其成本非常高，被损坏需要花费较多费用进行维修甚至换新。

当叶片遭受雷击后，会释放出大量的能量，过大雷电流会促使叶尖结构内部温度急剧升高，水分受热汽化膨胀，产生较大的机械力，而导致叶尖结构破裂损坏，部分情况下甚至会造成整个叶片开裂。

对风力发电机组直击雷防护措施的探讨摘要:本文探讨了风力发电机组的防雷技术，从直击雷对风力发电机组的危害的后果分析，探讨了其对应的防雷措施。

关键字：风力发电机组；直击雷；措施1.直击雷对风力发电机组的危害作用在遭受直接雷击时，强大的雷电流从雷击点流入被击物体，产生的热量能够在雷击点范围内及电流通路附近引起很高的温度，可以造成金属物体熔化或非金属物体的烧毁，这就是雷击热效应危害的典型表现。

一直以来风力发电机组的直击雷的防护都是利用机组的金属部分接闪，通过转动和非转动系统部件间的放电间隙过渡，流经引下线，然后通过良好的接地装置迅速而安全地引入大地。

机组上，桨叶、轴承和机舱特别容易遭受直击雷，下面就这三个部位进行相应的分析。

2.桨叶的防雷措施传统的桨叶防雷装置，主要由接闪器和引下导体组成。

通常将接闪器做成盘形状，将其嵌装在桨叶的叶尖部，盘面与叶面平齐。

当桨叶叶尖受到雷击时，雷电流由接闪器导入引下导体，叶片根部通过截面积不小于70mm2的铜芯电缆连接到轮毂，通过放电间隙把雷电流从叶根部轮毂引至机舱主机架和塔筒等，最终通过引下线泄入大地。

现在的大型风机使用的叶片,从结构上可分为两大类型:定浆距失速型风机和变桨距风机,前者广泛使用的是有叶尖阻尼器结构的叶片,后者则采用无叶尖阻尼器的叶片。

（1）无叶尖阻尼器的叶片防雷结构对于无叶尖阻尼器的叶片，一般是在叶尖部分的玻璃纤维外表面预置金属化物作为接闪器，并与埋置于叶片内的铜导体相连（50mm2铜导体与叶根处的金属法兰连接）。

外表面金属化物可以采用网状或箔状结构。

雷击可能会对这样的表面造成局部熔化或灼蚀损伤，但不会影响叶片的强度或结构。

（2）有叶尖阻尼器的叶片防雷结构在有叶尖阻尼器的叶片，通常是在叶尖部分的玻璃纤维中预置金属导体作为接闪器，通过碳纤维轴与用于兼作引下导体的刹车控制线（缆）连接，这种结构可以耐受200KA的冲击电流实验而叶片却不会损伤。

虽然这种叶片是金属结构组成的，雷击概率比绝缘材料制成的叶片高，只要要求导电结构有足够的强度和横截面积安全的将雷电流引入大地就可以了。

◎陈珊珊风电场雷击事故原因分析与改进建议一、雷击对风机影响概述从世界范围来看，各国风力发电系统都存在一定的雷灾问题。

随着风电单机容量和风电场建设规模的的逐年增加，风机的安全稳定性问题尤为突出，影响风机安全稳定运行的原因众多，其中雷电是风机最为重要的影响因素之一。

一方面，风电场所处的自然环境通常比较空旷也极其恶劣，比如风能资源充足的山区，近海和戈壁，这种自然环境可能存在高温、高盐雾程度、高湿度等问题。

与此同时该种环境中风机的接地条件很复杂，风电场场址的土壤电阻率普遍很高，通过一般的接地设计很难将风机的接地电阻控制在安全标准范围内。

其次，风机自身结构高大，现今世界范围内新装设的风机，主用机型的容量通常在2.0-5.0MW 之间，大部分新装风机高度已达100~160m，加之风电机组在运行时桨叶的旋转作用，使得风机易被雷击。

再次，风机叶片、发电机、电控系统等各部分构造复杂，元器件灵敏度高，易受感应过电压的危害，由于内部空间有限，与建筑物防雷类别，设备的安装难以达到建筑物中所规定的最低的雷电安全距离，这对风机内部电子设备的防雷提出了更高的要求。

关于雷击导致的风电机组损坏问题，不同的机构发布的数据略有差异，但是都表明雷电是导致风电机组损坏的主要原因之一，统计数据表明雷击事故占风电场自然事故中的3/5以上，严重威胁风电场的安全稳定运行。

1995年，国际电工委员会就制定了IEC-61662标准。

2006年，国际电工委员会重新修订颁布雷电灾害风险评估标准，更名为IEC-62305。

其主要内容包括建筑物与服务设施的分类、雷电灾害与雷电损失、雷灾风险、防护措施的选择以及建筑物与服务设施防护的基本标准等。

同时IEC/TR-61400-24中也给出了防雷需要考虑的因素，主要内容包括风力发电系统的雷击灾害资料统计、雷击灾害风险评估、风电设施和人员安全的雷电防护、风机接地系统等内容。

二、直击雷对的风机结构的危害风电机组遭受雷击的过程实际上就是带电雷云与风电机组间的放电过程。

风力发电机组防雷接地的探讨摘要：随着风力发电技术的不断发展，越来越多的风力发电机组被建设起来，但是由于其高耸的塔身和叶片，容易成为雷击的对象，给设备带来损坏和安全隐患。

因此，风力发电机组的防雷接地问题备受关注。

基于此，文章首先阐述风电机组的雷电危害，然后综合分析其防雷接地措施。

关键词：风力发电机组；防雷接地；措施引言风力发电机组的防雷接地是指在雷电天气下，通过合理地设计和布置接地装置，将雷电能量释放到地面，保护设备和人员的安全。

一、风电机组的雷电危害风电机组在运行过程中可能会受到雷击，从而产生雷电危害。

首先当雷电直接击中风电机组时，可能会损坏机组的设备或者导致机组停机。

同时，由于风电机组往往建造在山顶等高地区，所以直接雷击还可能导致山火等附带危害。

其次当雷电在附近地区击中时，会产生电磁场，从而感应出电流来。

这些电流可能会对风电机组的电气设备造成损坏。

此外当雷电击中地面时，会产生接地电流。

如果接地电流通过风电机组的接地系统流过去，可能会导致接地系统受损或者引发火灾等危险。

为了减少这些危害，风电机组需要采取一些保护措施，如安装避雷针、接地系统等。

同时，在风电机组的设计和建造中，也需要考虑雷电危害因素，从而尽可能地减少潜在的危害。

二、风电机组的防雷接地措施（一）叶片防雷风电机组的叶片是一个主要的防雷目标，因为在风电机组运行过程中，叶片处于高处，容易受到雷击。

因此，为了保护叶片，需要采取一些防雷接地措施。

首先在叶片上安装一根或多根雷电接地线，将叶片与地面接地，以减少雷击对叶片的影响。

同时也可以在叶片上安装避雷针，可以有效地将雷电引到避雷针上，从而保护叶片不受雷击。

此外可以在叶片表面涂上一层防雷涂层，可以减少雷击对叶片的影响，从而保护叶片。

与此同时可以在叶片表面安装一层接地网格，将叶片与地面连接起来，以减少雷击对叶片的影响。

需要注意的是，不同的叶片防雷措施适用于不同的情况，需要根据具体情况进行选择。

同时，为了确保叶片防雷措施的有效性，需要进行定期检查和维护，及时更换损坏的部件，以保障风电机组的正常运行。

风力发电机组叶片雷击损伤及防护措施马磊(三峡新能源施甸发电有限公司云南保山678200)摘要：近几年新建的风电场大多数都选址在高山上，地形复杂，雷暴日较多，随之而来的是风力发电机组叶片受雷击的风险也进一步加大。

叶片在风电机组中位置最高，是雷击的首要目标，是最容易受到雷击损伤的部件，因此叶片是整个风电机组防雷保护的重点。

对此，该文就风力发电机组叶片雷击损伤的机理及防护措施进行简单的分析，并提出一些可供参考的意见与措施。

关键词：风力发电机组叶片雷击防护中图分类号：TM315文献标识码：A文章编号：1672-3791(2022)01(a)-0051-04 Lightning Damage of Wind Turbine Blade and Its ProtectiveMeasuresMA Lei(Three Gorges New Energy Shidian Power Generation Co.,Ltd.,Baoshan,Yunnan Province,678200China) Abstract:In recent years,most of the newly-built wind farms are located on high mountains,with complex terrain and more thunderstorm days,followed with the further increase of the risk of lightning stroke on the blades of wind turbines.The blade is the highest position in the wind turbine,which is the primary target of lightning stroke and the component most vulnerable to lightning damage.Therefore,the blade is the focus of lightning protection of the whole wind turbine.In this paper,the mechanism and protective measures of lightning damage to wind turbine blades are briefly analyzed,and some suggestions and measures for reference are proposed.Key Words:Wind turbine;Blade;Lightning strike;Protect雷击是对风电机组安全稳定运行危害最大的一种自然灾害。

风力发电防雷方案一、概述风能是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生洁净能源。

风能发电为人与自然和谐发展提供了基础。

由于风力发电机组是在自然环境下工作，不可避免的会受到自然灾害的影响。

由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径随着增高，风机的高度和安装位置决定了它是雷击的首选通道，而且风机内部集中了大量敏感的电气、电子设备，一次雷击带来的损坏将是非常大的。

因此，必须为风机内的电气、电子设备安装完整的防雷保护系统。

通过安装防雷保护装置，设备得到了保护，维护和维修费用降低，并且可以提高设备正常工作的时间。

从效率方面考虑，应该从风电机组的设计阶段就考虑其防雷保护的问题，这样就可以避免日后的昂贵的维修费用和改造工程。

只有可靠工作的设备才能让投资尽快收回。

也只有如此，才能让更多的潜在投资者接受这一系统。

二、设计依据标准1、Germanischer Lioyd;Vorschriften und Richtlinien,Kapitel IV:Nichtmaritime Technik,Abschnitt1:Richtlinie fur die Zertifizierung von Windeenergieanlagen《GL指导文件IV-1风力发电系统》2、IEC61400-24 Wind turbine generator systems-Part 24:Lightning protection《IEC61400-24 风力发电系统防雷保护》3、IEC62305 Protection against lightning《IEC62305 雷电防护》《GL指导文件》是风机安装、测试和认证的标准，该标准也包含了对风机雷电防护的具体要求，是风机防雷保护的基础性文件。

《IEC61400-24》定义和描述了风机防雷保护装置及其应用。

《IEC62305》具体规定了防雷保护装置的性能指标。

风力发电机组防雷措施引言：风力发电是一种可再生能源形式，被广泛应用于现代能源领域。

然而，由于风力发电机组的高度和外露设备，其易受雷击的风险较高。

因此，采取合适的防雷措施对于保护风力发电机组的安全运行至关重要。

本文将详细介绍风力发电机组的防雷措施。

一、风力发电机组雷电灾害的危害雷电灾害对风力发电机组的危害主要体现在以下几个方面：1. 直接打击：雷电直接击中风力发电机组的叶片、塔架等部件，造成严重损坏。

2. 感应效应：雷电产生的电磁场会感应在风力发电机组内部的电缆和设备上，导致设备烧毁。

3. 浪涌效应：雷电产生的浪涌电流会通过电缆进入风力发电机组内部，对设备产生瞬态过电压，损坏电子元器件。

4. 地电位效应：雷电击中地面会产生地电位效应，进而通过地线进入风力发电机组系统，对设备造成损害。

二、风力发电机组防雷措施为了减少雷电灾害对风力发电机组的影响，需要采取以下防雷措施：1. 雷电监测系统安装雷电监测系统可以及时监测雷电活动，根据监测结果采取相应的防护措施。

雷电监测系统可以通过测量电场和磁场强度，以及监测雷电频次和雷暴活动距离等参数，实现对雷电活动的实时监测和预测。

2. 避雷针系统在风力发电机组的塔顶和叶片上安装避雷针系统，可以有效地引导雷电击中。

避雷针系统一般由导线、导线支架和接地装置组成，通过将雷电引导到接地装置上，减少雷电对风力发电机组的直接打击。

3. 接地系统良好的接地系统是防止雷电灾害的重要手段。

风力发电机组的各个部件（包括塔架、叶片、发电机、变压器等）都需要进行接地处理，以保证雷电通过接地系统安全地流入地下。

4. 防雷装置在风力发电机组的电气系统中安装合适的防雷装置，可以有效地降低雷电对设备的影响。

常见的防雷装置包括避雷器、浪涌保护器、瞬态电压抑制器等，它们能够吸收或抑制雷电产生的过电压，保护设备免受损坏。

5. 电磁屏蔽风力发电机组的电缆和设备应采用合适的电磁屏蔽措施，减少雷电感应效应对设备的影响。

雷击对风力发电机组的影响及改进措施作者：李高峰、雷启龙、黄瑞芳黄瑞芳工作单位：内蒙古电力工程技术研究院内蒙古邮编： 010010雷启龙、李高峰工作单位：国华（河北）新能源有限公司邮编： 076750摘要：运行中的风力发电机组，遭受雷击屡见不鲜，损坏设备，造成巨大损失，甚至危害人身安全。

为此，本文说明雷击对风力发电机组危害的严峻性，分析雷击对风力发电机组的影响机理，指出改善风力发电机组防雷的改进措施，必须从设计标准、建设质量等根本环节着手，使风力发电机组雷电防护做到科学、有效、经济。

关键词：风力发电机组；雷击；外部雷电；内部雷电；1 雷击对风力发电机组的影响风力发电特点是：风机分散安置在旷野，大型风机叶片高点(轮毂高度加风轮半径)达89～117m，易受雷击；风力发电机组的电气绝缘低(发电机出口电压690V，且大量使用自动化控制和通信元件)。

因此，就防雷来说，其环境远比常规发电机组的环境恶劣。

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(特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击)，会造成风力发电机组叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁等等。

除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。

丹麦LM公司资料介绍：1994年，在雷电活动少的丹麦境内注册的运行风机，受到雷害损坏超过6％，修理费用估计至少1500万克朗（当年丹麦装机540MW，平均2．8万克朗/MW )。

按LM公司估计，世界每年有1％～2％的风力发电机组叶片受到雷电袭击。

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。

雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故，所以，雷击是威胁风力发电机组安全经济运行的严重问题。

2影响机理分析因风力发电机组所处的地形位置不同，雷击事故率有所不同，地处山区的风力发电机组其雷击事故率最高；且雷击事故中，大部分不是由于直击雷引起的，而是非直接累积造成的损害。

探析风力发电机组的综合防雷技术摘要：风力发电机组建设区域因为空旷开阔的原因，雷电极其容易击中风力发电机组。

尤其是暴露在外边的扇叶，雷电是种自然界发电现象，每年我国各地区都会频繁遭遇雷电气象，无法避免雷电现象的产生，因此需要做好地面上建筑物的防雷措施，风力发电机组有自身的磁场，雷电容易将其磁场扰乱，严重的话击毁设施，可能会导致地区断电，因此风力发电机组的安全运行越来越受到重视，本次文章就围绕着风力发电机组防雷相关问题做出探讨。

关键词：风力发电机组；防雷技术；综合探讨引言电力负荷的增加也增加了对电力的需求，同时也引起人们对传统发电厂环境污染的关注，而这些发电厂目前的重点是新的清洁能源生产形式。

目前，我们不断加大大型风电场建设规模和数量，并通过增加风机高度和叶轮直径，加大风机容量和参数，虽然提高了发电效率，但是风力发电组的雷击威胁也加大了。

经过资料调差还对风力发电机组运行中的故障进行了记录，得出其损坏的主要原因之一是雷击问题，这就要求在风力发电机组快速更新迭代的同时，开展综合防雷技术的研究和应用。

1.雷击对风电机组的危害概述由于风力发电机自身结构和运作的特性特殊，因此建设风力发电机组的环境往往选择在接近海岸的地区、丘陵地区或者高山上，这些地区有共同的特点就是空旷和远离人民居住地，很适合风力发电机组大规模建设，但是这些地区也是非常容易受到雷电袭击的区域。

风力发电机的设计上有很多部件在环境中暴露着，比如叶轮和机舱盖等，这些暴露在外的部件其设计制作的材料都不是单一的，包含有多种材质，一般无法抵抗雷电的压力，风力发电机组在运作时候风扇叶片也不断在转动，一定程度上会吸引雷电，成为雷电落下的“导火线”。

众所周知，雷电的电压电流都是十分巨大的，一次雷电直击能够对击中的物体造成几千乃至几万伏特的电压伤害，闪电的电流通过击中物力后释放，迅速流通物体的全部部位，继而再流入地底。

雷电于风力发电机造成的威胁主要是直接击中的威胁，从而破坏风力发电机的装置构造，对空电机组造成的损害主要表现为直接雷击、雷击对装置构造造成劈坏，风力发电机的接地体被雷击损坏是由于设备的安装方法和配置以及电场和磁场的作用。