风力发电防雷设计方案
一、防雷概述
雷击防护的基本原理
雷击防护：就是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地，是疏导，而不是堵雷或消雷。正常采用的方法是采用提前放电避雷针或避雷针塔防护。避雷针（或避雷带、避雷网、避雷针塔）、引下线和智能接地系统构成外部防雷系统，主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故；完整的防雷还包括内部防雷系统则是防止雷电和其它形式的过电压侵入设备中造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的，为了实现内部避雷，需对建筑物进出各保护区的电缆、金属管道等安装过电压保护器进行保护并良好接地。
A、多级分级（类）保护原则：即根据电气、微电子设备的不同功能及不同受保护程序和所属保护层确定防护要点作分类保护；根据雷电和操作瞬间过电压危害的可能通道从电源线到数据通信线路都应做多级层保护。
B、外部无源保护：在0级保护区即外部作无源保护，主要有提前放电避雷针（网、线、带）和接地装置（接地线、地极）。保护原理：当雷云放电接近地面时，它使地面电场发生畸变。在避雷针（线）顶部，形成局部电场强度畸变，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针（线）放电，再通过接地引下线，接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物免受雷击。这是人们长期实践证明的有效的防直击雷的方法。然而，以往一般认为用避雷针架空得越高越好（一般只按45度角考虑），且使用被动放电式避雷针，其反应速度差，保护的范围小以及导通量小。根据现代化发展的要求，避雷针应选择提前放电主动式的防雷装置，并且应该从30度、45度、60度等不同角度考虑，安装，以做到对各种雷击的防护，增大保护范围以及增加导通量。建筑物的所有外露金属构件（管道），都应与防雷网（带，线）良好连接。
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，并且雷击对风电机组造成的危害主要有直击雷、感应雷、雷电波侵入、地电位反击等形式。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。在风力发电机组主要部件按雷击毁坏率由高到低排列是：电控系统（40%-50%）、叶片（15%-25%）、发电机（5%），按雷击引起的维修成本由大到小排列依次是：叶片、发电机、电控系统、通讯系统。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。
二、设计依据标准
1、Germanischer Lioyd;V orschriften und Richtlinien,Kapitel IV:Nichtmaritime Technik,Abschnitt 1: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。
德国保险业协会（GDV）的指导文件《VdS 2010雷击浪涌防护》规定风电机组的防雷保护级别至少应为第二级，也就是说，风电机组应能够防护150KA以上的雷电而不损坏。关于雷击风险评估的方法参见《IEC62305-2》。
三、风电机组设备雷电过电压损害
（1）、雷电过电压的各种形式雷电过电压的各种形式雷电过电压的各种形式雷电过电压的各种形式雷电过电压对风电机组设备的损害有四种形式：
A、雷电直接击中设备造成的直击雷损害；
B、直击雷在雷击空间形成的瞬态空间电磁场耦合到设备及线路上的过电压损害；
C、雷电流流入接地体时在接地电阻上产生的瞬态地电位抬高会机组设备造成的地电位反击损害；
D、雷电过电压沿着与设备相连接的电源线、信号线侵入设备造成的雷电电源侵入波损害。（2）、雷电过电压的损坏机理
雷电流流过物体时，会造成物体温度的升高，即雷电流的热效应。风电机叶的损害很大程度上与此有关。雷电流流过叶片时，释放巨大的能量，使得叶片的温度急剧升高，分解的气体高温膨胀，压力上升从而造成叶片的爆裂破坏。雷电流流过物体时，可能会产生很大的电磁力，造成物体的扭曲变形乃至断裂，即雷电流的电磁力效应，这会对叶片等部件造成很多的威胁。雷电流的上升陡度决定控制系统内部的电子器件或者是电源设备及其相应传输线路上感应过电压的大小。物体遭受雷击的时候，大多数的电荷转移都发生在持续时间较长而幅值相对较低的雷电流过程中。在雷电流路径上一旦形成电弧就会在发生电弧的地方出现灼蚀斑点，如果雷电流做足够大还可能导致金属熔化，这对风电机组的轴承造成的威胁尤其大，因为在轴承接触面上很容易电弧，将轴承熔焊在一起，或者是加速起磨损，从而降低寿命。
四、风电机组综合防雷保护系统
根据《IEC61400‐24风力发电系统防雷保护》，风电机组防雷区分为BSZ0A,BSZ0B,BSZ1,BSZ2等4区，其中BSZ0A区易遭受直击雷击，BSZ0B区不会遭受直击雷，但是该区的电磁场不会衰减，这部分包括了风轮叶片，轮毂，机舱罩，测风设备的风况传感器，无屏蔽措施的操作间和变电站，土壤内的电缆连接等部分。BSZ1和BSZ2区不会遭受直接雷击，而且在这两区域内的电磁场依次衰减，包括采取了有效雷电导引和屏蔽措施的风轮叶片内部。全金属网格覆盖的机舱罩内部，金属塔架的内部，操作间和变电所的内部等。
防雷保护区概念是规划风力发电机综合防雷保护的基础。它是一种对结构空间的设计方法，以便在构筑物内创建一个稳定的电磁兼容性环境。构筑物内不同电气设备的抗电磁干扰能力的大小决定了对这一空间电磁环境的要求。
作为一种保护措施，防雷保护区概念当然就包括了应在防雷保护区的边界处，将电磁干扰（传导性干扰和辐射性干扰）降低到可接受的范围内，因此，被保护的构筑物的不同部分被细分为不同的防雷保护区。防雷保护区的具体划分结果与风电机组的结构有关，并且也要考虑这一结构建筑形式和材料。通过设置屏蔽装置和安装电涌保护器，雷电在防雷保护区0A区的影响在进入1区时被大大缩减，风电机组内的电气和电子设备就可以正常工作，不受干扰。按照防雷保护分区的概念，一个综合防雷系统包括：（1）外部防雷保护系统：接
