海上风电机组的防雷保护

风力发电机组的气象防雷保护：随着风力发电机组单机容量的不断増大，风机轮毂高度和叶片高点也在不断増高，在旷野、山顶和沿海地区，风机遭受雷击的概率非常大。

从各风场反馈的情况来看，雷击不但是造成风机故障停机的重要因素，甚至直接影响风电场的安全运行。

本文首先从雷电的破坏机理和形式入手，对雷电的防护区域进行了划分，并提出了风力发电机组的防雷保护设计原则和防雷系统工程方案;而后对风机整机系统的防雷保护进行了系统的分析，并提出了具体的防雷保护方法。

标签：风力发电防雷雷电1引言风能是一种绿色、安全的清洁能源，也是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生能源。

近年来，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毅高度和叶轮直径不断增高;同时，高原、沿海、海上等新型风力发电机组的开发，使风力发电机组开始大量应用于高原、沿海、海上等地形更为复杂，环境更为恶劣的地区，更加加大了风力发电机组被雷击的风险。

据统计，风电机组故障中，由遭遇雷击导致的故障占到4%。

电具有极大的破坏力，雷击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、控制元器件烧毁等故障，给风电场带来直接和间接的巨大经济损失，此风力发电机组的防雷保护已日益引起各个风电机组制造厂家和风电机组研发设计人员的重视。

风电机组的防雷是一个综合性的工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风电机组在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风电机组内的各种设备不受损害。

2雷电的产生及危害雷电是雷云间或雷云与地面物体间的放电现象，电位差可达数兆瓦甚至十兆瓦，放电电流几十千安甚至几百千安。

经验表明，对地放电的雷云绝大部分带负电荷，当雷暴经过大地时，云块下方原本负电荷充电的几公里的雷暴范围内的大地可以变为正极充电。

这些正电荷会集中在垂的物体上，比如树木和高耸的建筑物。

这些物体向上释放出正极的放电，并试图与从云块发出的向下的负极放电相结合，当正负电荷相结合时，闪电就发生了。

2.1雷电的破坏形式风力发电机一般都是安装在空旷的地方，并且明显高于附近的建筑物和树木，所以整个风机是暴露在直接雷击的威胁下，尤其是叶片。

风力发电机的防雷解决方案(2009-03-02 00:00:54)标签：风机防雷教育分类：行业相关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。

风机的防雷是一个综合性的防雷工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风机在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风机内的各种设备不受损害等。

一、直击雷防护该风机主体高度约80米，叶片长度约40米，即风机最高点高度约为120米，且大多数风力发电机位于空旷地带，较孤立。

风机的高度加上所处特殊的环境，造成风力发电机在雷雨天气时极易遭受直击雷。

国际电工委员会对防雷过电压保护的防护区域划分为：LPZ0 区（LPZ0A、LPZ0B），LPZ1 区，LPZ2 区。

在金属塔架接地良好的情况下，叶片、机舱的外部（包括机舱）、塔架外部（包括塔架）、箱式变压器应属于LPZ0 区，这些部位是遭受直击雷（绕雷）或不遭受直击雷但电磁场没有衰减的部位。

机舱内、塔架内的设备应属于 LPZ1 区，这其中包括电缆、发电机、齿轮箱等。

塔架内电气柜中的设备，特别是屏蔽较好的弱电部分应属于 LPZ2。

对与现有风力发电机的 LPZ0 区防雷过电压保护装置进行分析后，在LPZ0 区内，直击雷的防护在没有技术突破的前提下仍然沿用传统的富兰克林避雷方法：利用自身的高度使雷云下的电场发生畸变，从而将雷电吸引，以自身代替被保护物受雷击，以达到保护避雷的目。

风力发电机抗雷击保护标准技术建议编者按：2009 年7 月29 日，第二届国际海上风电与传输大会在上海召开，会后相关企业领导与技术专家们对风力发电机的雷击现象表示担忧，而国内外也未在这一领域出台适用标准。

因此，本文针对这一尚未解决的技术问题，介绍了相关标准情况，以及美国标准技术专家Bruce Glushakow 的标准制订技术建议，以供相关技术人员参考。

众所周知，风力发电机组通常分散安臵在风能资源比较丰富的各种复杂地形带，如旷野、山顶等，同时风机叶片的高点达100 多米。

在这种情况下，风机极易遭到雷击。

目前，风电机组的单机容量越来越大，随着轮毂高度和叶轮直径的增高，雷击的风险也相对增加，雷击已经成了自然界中对风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，会造成风电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。

目前，我国风电行业只能参照其他行业的标准，例如电力标准、气象标准等，同时验收标准也尚未统一。

中科院电工研究所牵头制定的《风电机组的防雷标准》尚未完稿。

在此，本文介绍相关标准的现状，以及国外专家的一些相关建议。

（一）雷电保护标准现有应用于风力发电机的防雷电标准，有如下几项：1.《IEC61024 防雷电结构》；2.《IEC61662 雷电风险评估》；3.《IEC61312 1-5 抗雷电电磁激励》。

目前，世界上还未专门针对风力发电机防雷电制定标准，在实际生产中，主要参考2002 年颁布的IEC/TR61400-24 Ed.1.0，名为《风力发电系统——24 节：雷电防护》。

值得注意的是，在该文件的25 页注明：“此文件仅提供相关信息，非国际标准。

”但不能否定，IEC/TR 614200-24 还是为风力发电机雷电保护相关标准的制定打开了大门。

该文件包含了以下几个重要内容：1. 风力发电机雷击损坏数据报告（章节4）；2. 转子叶片、轴承和齿轮箱等部件雷电保护的综合分析（章节6 与7）；3. 在内容与其他国际标准保持一致的基础上提出，防雷系统必须保证峰值电流200kA 时，风力发电机不受损害（段落5.3）；4. 强调工作重点放在接地和焊接工序。

风力发电机组防雷保护系统解析随着能源消费方式的变革，风能产业发展日趋迅速，风电机组的防雷成为风电产业发展的重中之重，本文简单介绍了雷电的形成及危害、风电机组防雷的必要性及主要措施。

标签：风电机组；防雷保护；导雷通道1 雷电的形成及危害1.1 雷电的形成雷电的形成过程简单来说，雷云中带有大量的电荷，在静电感应的作用下，雷云的另一侧和雷云下方的地面上（或雷云下方的建筑物等）将带有大量的极性相反的电荷。

据统计，80%-90%的雷云将带有大量的负电荷，当电荷积累到一定程度，即产生强电場，由于叶片等导体尖端的电荷特别密集，尖端附近的电场更是特别强，空气在强电场的作用下发生电离，空气成为导电通道。

1.2 雷电的危害由于风电机叶片形状多有尖锐部分，尖端电荷特别密集，往往会发生尖端发电。

同时，在强电场作用下，叶片表面曲率大的地方，等电位面密，电场强度剧增，致使它附近的空气被电离而产生气体放电，即电晕放电。

这两种现象发生的同时常常伴随着巨大的能量的变化，叶片温度急剧升高，高温分解叶片周围气体，使其急剧膨胀产生气体爆裂现象，对叶片表面造成损害。

2 防雷的必要性相对于普通建筑物，风电机具有高空尖的特征。

高：风电机组常常为某个地区的高大建筑物，是一个地区的制高点。

空：风电机组的选址常常在沿海一带或者比较空旷的风力资源优越的地带，这样就决定了风电机组周围环境必定是人烟稀少，建筑物稀稀落落的情况。

尖：风电机组的叶片形状等风电机的主要构件常常有尖锐突起部分，这就为尖端放电的形成提供了良好的条件。

高空尖的特征决定了风电机组遭受雷击的概率极大，造成不可估量的损失，3 主要防雷措施3.1 叶片的防雷①无叶尖阻尼器结构的叶片防护方式由于没有叶尖阻尼器，防雷措施实施起来相对较容易，如下图1所示，叶尖部分的上部铺设有铜丝网，作为接闪器。

叶尖的主体部分内部设有铜导体，铜导体末端与金属法兰相连。

当叶片遭受直击雷时，产生的强大电流便在铜丝网中汇聚于铜导体中，短时迅速的将电流输送至金属法兰，避免了强大电流对叶片产生的破坏作用。

海洋风电场防雷问题与对策研究海洋风电场防雷问题与对策研究海洋风电场是利用风能发电的重要项目之一。

然而，由于其在海上环境中的特殊性质，如长期暴露在潮湿、盐雾和雷电等自然环境中，因此防雷问题成为海洋风电场建设中需要认真研究和解决的关键问题之一。

首先，为了有效防止海洋风电场遭受雷击，我们需要了解雷电产生的原因和规律。

雷电是由于大气中电荷的分离导致的放电现象，其中正电荷主要聚集在云层底部，而负电荷则主要分布在地面和海面上。

当电荷积累到一定程度时，会形成巨大的电压差，从而引发雷电。

其次，针对海洋风电场的特殊环境，我们可以采取一系列的对策来防止雷击。

首先，我们需要在风电场周围建立合适的避雷装置。

这些避雷装置可以通过将金属导体与地面连接来有效地将电荷引导到地面，从而避免电荷在风电场内部积累和释放。

其次，我们可以在风电机组中安装避雷器，它可以迅速将电荷引导到地面，从而保护风电机组的安全运行。

此外，我们还可以利用先进的雷达技术来监测雷电的活动。

雷达可以准确地探测到雷电的位置和强度，从而及时预警并采取相应的措施。

例如，在预警系统中设立报警装置，当雷电活动接近风电场时，可以及时发出警报，从而提醒工作人员采取必要的防护措施。

最后，我们还应加强对风电场工作人员的安全培训。

他们需要了解雷电的危害以及如何正确应对雷电事件。

例如，在雷电活跃期间，工作人员应暂停在海上的作业，并确保在风电场内部的设备和电缆都得到有效的保护。

总之，海洋风电场的防雷问题需要综合考虑，从了解雷电产生原因和规律开始，采取合适的对策来防止雷击。

通过合理设置避雷装置、安装避雷器、利用雷达监测并加强工作人员的安全培训，可以有效地保护海洋风电场的安全运行。

浅谈海上风电场防雷设计摘要：海上风电场分布在沿海地区，而这些地区雷雨天气较为频繁，海上风力发电机组高度通常超过100m，更容易遭受雷击，本文主要对风力发电场的防雷措施进行阐述。

关键词：海上风电场；防雷设计；风力发电机组；海上升压站引言雷云对地放电作为一种强大自然力的爆发，对包括风力机组及升压站内的地面设施极具危害作用，就危害方式而言，主要表现为直接危害作用和间接危害作用两个方面。

在直接危害方面，有雷击产生的热效应和机械效应；在间接危害方面，有雷电电磁感应和电涌过电压效应。

1 海上风电场防雷接地特点（1）海上风电场分布在沿海地区，而这些地区雷雨天气较为频繁，且随着风力发电机组单机容量的增大，机组高度增加，叶片变长，雷云在叶片尖端处的电场畸变严重，当电场强度可以增大到足以产生一次从地面向雷云的向上先导。

由于电场感应作用，在雷暴云底层带电粒子受到吸引而大量集中，在带电粒子集汇处会形成向下先导，与风机叶片向上先导相互影响，相互促进发展。

随着电子越集越多，电场就在这两个局部之间越来越大，而对于海上风力发电机组这种高度超过周围地形100m以上物体，距离雷暴云比较近，较之陆上风机将更容易遭受雷击。

（2）海上机组的维修较陆上而言难度大，费用高，特别在海况恶劣时，维修人员难以接近，故障无法及时排除。

因此，在对海上风电场进行防雷设计时，应将海上风力机组严格按照一类防护等级进行设计。

（3）海上风电场的利用海水和海床散流，使得接地体的相对冲击接地电阻远远小于陆上风电场。

这在一定程度上减小了雷电对于风力发电机组及海上升压站的危害。

（4）在海上风电项目中，由于存在高压长距离海底电缆线路，除了雷电过电压，还可对工频过电压、操作过电压进行分析计算，并采取合适的限制措施。

1.1 雷击对海上风力发电场的危害（1）直接雷击造成的机械效应、热效应、冲击波等损坏，例如叶片击穿、折断、起火等损坏；（2）感应雷造成的感应过电压损坏，电磁感应损坏，例如电气设备模块烧毁、故障失灵、永久失效等损坏；（3）由于雷击造成风机停机，造成发电量损失，带来经济损失。

风力发电机组防雷保护策略综述摘要：风电机组的防雷保护由于电气和机械特性而提出了许多问题。

本文以一种简单而全面的方式整理有关目前保护风电机组的现有工作，并提出可能有助于未来保护风电机组免受雷击造成的重大损失的建议。

关键词：雷击，风电机组接地，高压输电线路，防雷，浪涌一、概述目前，在世界上的103个国家，风力发电被用于民用和工商业用电。

风能是世界上增长最快的可再生能源之一。

然而，由于它们的物理尺寸，风电机组特别容易遭受雷击。

因此，本文梳理了有关防雷保护的已知信息，并提出了一些改进建议。

二、风电机组尺寸与雷击的关系在岸上和近海地区的规模继续增加。

众所周知，较大的风电机组被闪电击中的可能性较大。

然而，对于这些设备的保护和增加的高度和离岸安装的综合影响，人们明显缺乏专业知识。

考虑到额定功率，目前大规模应用的单机容量从0.25kW-4500kW不等。

风力发电机的功率输出主要取决于风速、涡轮额定功率和转子直径。

如果转子直径增加，塔架的高度也会增加。

随着风电机组整体高度的持续增长，它们变得越来越容易受到雷击。

三、防雷保护的现状与标准目前风机所采用的防雷系统由防雷点、导线、接地系统和各子系统的浪涌保护装置组成。

采用低阻抗路径是进行防雷工作的前提条件。

外部防雷系统，由以下部分组成：转子叶片中的空气终止和向下导体系统、保护机舱的空气终止系统、上层建筑，机舱，和轮毂。

外部防雷系统用于拦截塔上的直击雷击，包括雷击，并将雷电电流从撞击点引导到地面。

机舱的构造应成为防雷系统的组成部分，以确保闪电击中金属部件；或者在机舱上提供空气终止系统。

对于涂有玻璃纤维增强塑料或类似材料的机舱，应配备空气终止系统并在机舱周围形成笼。

该保护系统基于国际标准IEC61400-24和IEC62305。

防雷系统的所有子部件都应符合IEC61400-24规定的防雷等级(LPL-1)，除非风险分析建议采用较低的LPL-1等级。

内部防雷系统，转子叶片广泛使用的防雷方法是一种能够承载雷电电流的内部避雷导体。

风力发电机组的综合防雷技术措施发布时间：2022-08-17T07:32:52.208Z 来源：《福光技术》2022年17期作者：傅永安[导读] 风能作为一种清洁无污染的能源，其利用风力发电所产生的能源成为现阶段我国发展过程中的重要一部分。

而风力发电则需要使用到风力发电机组，风力发电机组的使用过程中却容易受到雷电的危害。

作为风力发电厂的核心装置，对于风力发电机组的保护十分重要。

发电厂在进行生产计划制定的过程中必须要加强风力发电机组的综合防雷，由此来为风力发电机组创造较好的运行环境，避免雷电事故的出现影响到发电厂的整体经济效益以及生产秩序。

傅永安国华（哈密）新能源有限公司新疆哈密 839000摘要：风能作为一种清洁无污染的能源，其利用风力发电所产生的能源成为现阶段我国发展过程中的重要一部分。

而风力发电则需要使用到风力发电机组，风力发电机组的使用过程中却容易受到雷电的危害。

作为风力发电厂的核心装置，对于风力发电机组的保护十分重要。

发电厂在进行生产计划制定的过程中必须要加强风力发电机组的综合防雷，由此来为风力发电机组创造较好的运行环境，避免雷电事故的出现影响到发电厂的整体经济效益以及生产秩序。

关键词：风力发电机组；综合防雷技术措施1雷击所造成的电力危害以及雷击损坏的机理 1.1雷击所造成的电力危害雷击所造的危害是多方面的，其电力方面的危害主要体现在以下几方面，分别是降低效益、损坏设备以及影响供电等方面。

在降低效益方面，主要是从电力行业发展的整体状况而言，雷击会给风力发电机组带来安全生产方面的危害，一旦发生雷击，往往会造成人员安全以及设备安全方面的问题，这就在一定程度上降低了电力企业的经济效益，增加了风力发电的成本。

损坏设备一般指的是严重性的损坏，一般雷击的电流较小时只会对发电机组的表面造成损坏，但雷击电流过大时便会损坏到风力发电机组的内部线路连接，这就很大程度上阻碍了机组的正常运行，也破坏了电力系统的性能。

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。