风力发电机叶片雷击损害机理及有效防护

◎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。

风电叶片的雷击损坏维修及防雷改造庄严全国风力机械标准化技术委员会IEC TC88/SAC TC50前言：随着风电整机出质保的比例不断增加，机组、叶片因雷损失的比例也不断扩大。

2014年业主统计发下按有200余只叶片损坏，其中因雷损失比例高达80%。

造成目前叶片因雷损失比例增高的主要原因是叶片防雷设计基本没有进行雷击设计验证、叶片防雷系统有效接闪率低、接闪器设计冗余不足导致的。

本文将对叶片的因雷损失进行分析，并提出一种针对既有叶片的防雷改造方案。

关键词：叶片防雷有效接闪率雷击导流器1.叶片防雷系统的缺陷叶片防雷是一个近年逐渐被提及的问题，早期对于叶片厂、业主而言很少会提及叶片的防雷问题，主要原因在于装机总量低，因雷导致的叶片损坏比例小。

而随着全国装机总量的不断突破，装机密度的不断增加，雷电灾害引起的防雷问题，逐渐得到了业主、叶片厂和行业的重视。

早期的叶片主要被国外企业所控制，对于国外企业的叶片防雷系统设计耐受水平较低，并不适用与高雷暴活动区域。

主要原因在于：以欧洲为代表的叶片制造企业所处的为主均泉流雷电活动较低的地区，年均雷暴活动密度不足每平方公里5个闪电（地闪），这个数据从德国和丹麦多年雷击统计可以发现，在德国和丹麦多年统计的雷击数据总量不如我国一年发生雷击总量；在这种气候条件背景下，国外的叶片防雷设计一直处于较低的耐受水平。

而对于国内，我国多数地区属于强雷暴活动区域，加之装机密度高，单位区域的雷电活动比例远远高于国外，因此，采用较低防雷耐受水平的产品在国内必然会出现水土不服的问题，叶片因雷损坏率高就说明了这个问题。

其次，从技术从面上看，早期的叶片防雷系统并没有进行防雷系统的实验验证。

无法从叶片的出厂报告中获知叶片防雷系统的有效接闪率是多少,叶片可耐受的超值雷电流峰值是多少。

任何应用于风电行业的产品都是经过试验验证的，而最为重要部件的叶片防雷系统却很少听到有那个厂家做过叶片的雷击试验验证。

这就导致了行业中叶片防雷系统有效接闪率低下、防雷系统无效的现状。

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。

风力发电机的雷电绕击分析与防护风力发电因其清洁无污染、可永续利用等特点，对于调整我国能源结构、加强资源节约利用、促进生态环境保护、推进经济可持续发展意义重大。

我国幅员辽阔，风能资源丰富，发展风力发电优势得天独厚。

为了能保障风机发电系统在一个可靠的环境下安全运行，对风机采取相应的雷击保护措施是不可避免的。

对此，本文针对风力发电机雷击及其防护进行了研究，以雷击风机桨叶暂态特性仿真分析为案例，提出了防雷整改措施，希望为雷击事故应对和处理提供参考。

标签：风力发电机；雷电绕击；防护风力发电是将风能进行较为直接地开发利用，风电场一般建立在山顶、荒漠、滩涂等自然地理环境复杂且容易受到雷电灾害影响的地方，雷击事故时有发生，风力发电的蓬勃发展正在受到日益严重的雷电灾害的威胁。

国内外相关案例都表明雷击是严重威胁风力发电场安全的主要问题之一。

雷电击中风机后，雷电流将会对风机叶片等结构造成严重破坏，导致高昂的经济损失，如维修费用、人工成本和停运损失等。

为避免雷击事故中雷电流对风机的损害，风电场的雷击防护至关重要。

一、雷电放电概述雷电具有非常强大的爆发力，也具有很大的随机性，雷电的放电主要是雷云和雷云之间或者雷云内部进行的，其中雷云放电是在某些适当的地理和气象条件下，由于比较强烈的潮湿热气流不断上升进入稀薄大气层后冷凝的结果。

雷云对地放电是从下行先导放电阶段开始的。

如今的风电机组容量已经从几百千瓦扩大到兆瓦级的，高度也已经达到了一百多米，属于高体结构，其雷云在下行先导通道中负电荷的感应作用下，风电机组会出现感应正电荷。

当下行先导头部接近机组时，风机的叶片尖端部分会发生畸变作用，伴随着电场强度快速扩大，附近的大部分空气产生游离，就会发生上行先导。

其中上升放电先导是分布正电荷，向上的速度是（0.05～1.2）×106m/s。

接着上升先导和下升先导在空气中会合之处就产生了回击放电，于是风机就遭受了雷击，会合之处就是雷击点。

使用维护风力机组的防雷重要性和防雷措施苑东雨(大唐河南清洁能源有限责任公司，河南郑州450000)摘要:风力发电是一种清洁的可再生能源，近年来快速发展。

随着风力机输出功率的逐渐增大，塔筒的高度以及叶片的直径也逐渐增大，但与此同时，也增加了风力机遭受雷击的风险，因此风力机组防雷技术的研究不容忽视。

在雷击损坏中，叶片最易遭受雷击，据此，对风力机叶片雷击损坏机理及其防雷措施作了比较全面的阐述，最后分析对比了风力机组的2种防雷系统设计，使整个风机机组雷击损坏降至最低，为风力机防雷设计提供依据。

关键词:风力机组；叶片；防雷保护;接闪器；引下线1叶片雷击损坏分析叶片遭受雷击损坏现象及机理一般有直击雷、球形雷及感应雷3种形式。

因为叶片的安装位置最高，是最容易受到雷击的组件，因此叶片的损坏和雷击具有最直接的关系。

直击雷造成的叶片损坏通常分为电效应、热效应以及机械效应破坏。

叶片开裂(机械破坏)、金属部件熔化或烧坏及复合材料表面灰化(热效应)是叶片遭受雷击之后较为典型的损毁方式。

雷电在叶片内形成的电弧会使叶片爆裂或沿前后缘及承载梁处撕裂，这也是最严重的损毁。

因此，导致叶片损毁最为严重的是雷电弧在周围形成的压力冲击波,只有通过减轻雷电对叶片的冲击、将雷击通道屏蔽在叶片外部才可以减轻叶片的损毁，在传递雷电流的金属组件面积足够大时也可以减轻叶片的损毁程度。

2叶片防雷措施(1)建立孤立避雷塔捕捉雷电保护法。

该方法是通过在风力机旁建立一座避雷塔拦截雷电实现的风力机保护。

在雷雨天气下，当风向变化不大时，避雷塔应建立在迎风侧,且该方法效果显著。

在风向变化较大的风场，必须在风力机周围建立2个或多个避雷塔才可以保证保护效果，但是该方法需要消耗大量的材料，投入较大,经济效益较差。

另外,该方法比较适合具有几十台风机的风电场，此时一座避雷塔可以保护多台风机，经济效益可以得到提高。

(2)机舱安装避雷针保护法。

该方法是通过避雷针捕捉雷电流实现的叶片保护。

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。

风电机组叶片维护装备的防雷与避雷技术研究随着可再生能源的快速发展，风电成为了一种具有广泛应用前景的清洁能源。

然而，在风电机组运行过程中，叶片往往会受到雷击的危害，导致设备故障和停机时间增加，对风电系统的稳定运行产生不利影响。

因此，为了确保风电机组的可靠性与稳定性，研究风电机组叶片维护装备的防雷与避雷技术势在必行。

风电机组叶片遭受雷击的原因可以归结为以下几个方面：一是机组所处的环境，如地理位置，气象条件等，这些因素都会影响雷电活动的频率和强度；二是叶片本身的材料与几何结构，这些因素会极大地影响雷电击中的概率和受损程度。

因此，通过合理的防雷措施和装备设计，可以有效地减少叶片遭受雷击的风险。

首先，对于风电机组叶片的防雷问题，一个重要的解决方案便是在叶片表面涂覆导电涂层。

这种导电涂层能够将雷电击打到叶片表面的电流导向机组内部的设备，而不会对叶片造成严重的破坏。

此外，导电涂层还能提高叶片本身的导电性能，能够在叶片表面积累的静电通过导电涂层迅速放电，减少静电积累带来的风险。

其次，风电机组叶片的避雷装置也是防止叶片雷击的重要手段之一。

常见的避雷装置包括避雷带、避雷线和避雷网等。

这些避雷装置通过将叶片与地面建立起静电屏蔽层，从而减少雷电击中叶片的概率。

同时，避雷装置还能将叶片上积累的静电快速导向地面，降低静电积累带来的风险。

除了上述的防雷装备，风电机组叶片的维护与运行也需要注意一些细节，以确保叶片的防雷性能能够长期有效。

首先，定期进行叶片维护与检查是非常必要的。

在维护过程中，要仔细检查叶片的导电涂层是否存在磨损、老化或损坏的情况，及时进行修复和更换。

此外，还要检查避雷装置的连接是否良好，保证其正常工作。

其次，要加强对风电机组叶片的监测。

通过使用先进的监测设备，可以实时监测叶片的静电积累情况，提前发现叶片的雷电危险和隐患，及时采取措施进行防护和修复。

此外，对于风电机组的整体设计和布局也需要考虑雷击的因素。

例如，可以合理选择机组建设的地理位置和叶片材料，使其能够更好地抵御雷电攻击。

雷电对风力发电机组的危害及对策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，相对的也增加了被雷击的风险，雷击成了自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。

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。

我国沿海地区地形复杂，雷暴日较多，应充分重视雷击给风力风电机组和运行人员带来的巨大威胁。

例如，红海湾风电场建成投产至今发生了多次雷击事件，据统计，叶片被击中率达4%，其他通讯电器元件被击中率更高达20%。

为了降低自然灾害带来的损失，必须充分了解它，并做出有针对性的防范措施。

笔者作为风电第一线工作人员，根据自己在现场运行工作中积累的第一手资料结合国内外风电场运行的经验教训以及风电行业最新发展情况，整理出本文与同行们共同学习、共同进步为推动我国风力发电事业蓬勃发展尽一份力!1空中的尘埃、冰晶等物质在大气运动中剧烈摩擦生电以及云块切割磁力线，在云层上下层分别形成了带正负电荷的带电中心，运动过程中当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时，就形成放电。

对风电场运行带来危害的主要是云地放电，带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上闪流，云和大地之间的电位差达到一定程度（25—30kV/cm）时，即发生猛烈对地放电。

2雷电的主要特点2.1、冲击电流大：其电流高达几万-几十万安培；2.2、时间短：雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电，整个过程一般不会超过60微秒；2.3、雷电流变化梯度大：雷电流变化梯度大，有的可达10千安/微秒；2.4、冲击电压高强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏。

关于风力机组的防雷重要性及防雷措施摘要：风能作为绿色能源的一种，在我国得到政府的大力提倡，因此发展迅速。

据统计，目前全国累计的装机容量已达到1.88亿千瓦。

[1]与此同时，风力发电系统也受各种因素的制约，雷击破坏便是其中破坏力最大且最为常见的一种，它不仅对风力机组装置造成伤害，还对我国风力发电量造成巨大损失。

雷电环境无法避免，但我们可以采取必要的措施来减少雷电对于风力机组的伤害。

关键词：风力机组；防雷；叶片；接闪器引言：由于全球能源的紧缺，风力发电作为一种清洁的、可再生的能源，近些年得到快速发展，已经成为当下技术成熟、开发条件完善的高效能源。

随着风力机组容量的不断扩大，输出功率不断变高，机组塔筒也不断呈现增高趋势。

机组叶片的直径也在不断扩大，同时，风力机组被雷击中的风险也在不断加大，近年来仅风力机叶片的雷击年损坏率就达5.5%[2]，叶片是最易遭受雷击的部位，在机组事故中比例高达20%，由于叶片位于机组的最高位置，非常容易在尖端处放电，进而引发雷击。

且叶片的质量直接决定了接受风能的效率。

因此对风力机组遭受雷击的原因进行分析，由因溯果，找出风力机组防雷措施，解决雷击问题，对于风力机组的正常运转至关重要。

一、叶片遭受雷击的损坏现象及机理风力机组遭受雷击常见的形式有：直击雷式、感应雷式和球形雷式。

机组叶片由于位置较高的原因，非常容易受直击雷的影响，叶片的损坏，大都是直击雷造成的。

通常有热效应、机械效应、电效应三种破坏形式。

风机叶片被雷击的后果通常为叶片裂开（此种为机械损坏），复合型的材料表面呈现灰化以及雷击部位的金属组件被烧毁或者被熔化（此种为热效应）。

最严重的破坏为雷电在风力机叶片内部，形成电弧，雷电释放能量致使叶片结构温度迅速升高，根据热胀冷缩原理，使叶片内部温度升高，压力增大，而叶片层之间存在潮气，内部电弧加热与潮气碰撞，形成巨大的压力，致使机组叶片撕裂，轻则形成裂纹，重则机组叶片完全碎裂。

有时压力波会从受雷击的叶片向其他叶片转移，致使多个叶片损坏。