风电机组的防雷保护

　　图1 具有防雷区（LPZ）的风电机组示意图
　　LPZ0A 区有直击雷（绕雷）侵袭的危险，完全处在电磁场环境中，具有雷击电涌破坏的可能。这个区域包括：叶片、机舱罩避雷针系统、塔架、架空电力线、风电场通信电缆；LPZ0B 区没有直击的危险，但电磁场环境与雷电电涌没有任何减低。这类区域包括叶片加热部分、环境测量传感器、航标灯未平蔽的机舱内部、发电机、齿轮箱、冷却系统、传动系统、电气控制柜、传感器、电缆。无论以上部位是否遭受直击雷（绕雷），电磁场没有衰减的部位。
　　LPZ1 区可选择SPD 保护设备，存在电涌破坏的危险，电磁场由于屏蔽作用已经减弱。这类区域包括机舱内、塔架内的设备如电缆、发电机、齿轮箱等。
　　LPZ2 区电涌破坏进一步减弱，电磁破坏影响更小。
　　这类区域包括塔架内电气柜中的设备，特别是屏蔽较好的弱电部分。
　　4 防雷保护的设计原则
　　在进行防雷设计时，可遵循如下设计原则：1）用有效的方法及当今主流的技术和设备，保证系统的正常工作2）防雷设计应考虑投资合理性，突出重点并能兼顾全面3）防雷系统应具有合理的使用寿命4）为便于系统的维护，防雷设计必须遵守国际标准和规范。
　　直击雷的防护设计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雷场发生畸变，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的。对于直接雷击通过在叶片内部和机舱顶部安装接受体和导体装置，通过叶片、主轴、齿轮箱和偏航轴承的放电装置以及机架、塔筒将雷电流传导到大地，达到释放电流的目的。在不同的防雷保护区域之间进行电气连接过渡，必须安装SPD 保护设备。为减少电磁干扰的感应效应，在需要保护的空间内增加屏蔽措施。为了改进电磁环境，所有大尺寸金属件及电缆屏蔽层在防雷交界处做等电位连接。
　　整个防雷保护方案应根据风力发电机安装的地理环境及其自身的电气、结构特点而制定，目的是为了减少雷击风机所发生的人身伤亡和财产损失，做到安全可靠、技术先进、经济合理。

　　5 风电机组的防雷保护
　　5.1 叶片的防雷保护
　　风电机组中最高部分就是叶片的最高高度，当叶片运行到最高高度时，即可视为避雷针行程引雷通道，这是目前全球范围风电机组遭雷击破坏影响最大的一种情况。针对风电机组的叶片防雷，由丹麦LM 公司于1994 年获得叶片防雷的科研项目，有丹麦能源部资助，包括丹麦研究院雷电专家、整机厂商、风电开发商在内，目的在于调查研究雷电导致叶片损害的情况，开发安全耐用的防雷叶片。研究人员在实验室进行一系列的仿真测试，电压达1.6MV,电流到200kV，进行雷电冲击，验证叶片结构能力和雷电安全性。研究表明：1）不管叶片是用木头或玻璃纤维制成或是叶片包括电体，雷电导致损害的范围取决于叶片的形式2）多数情况下被雷击的区域在叶尖背面。在研究的基础上，LM 叶片防雷性能得到了发展，在叶片上装有接闪器捕捉雷电，再通过叶片内腔导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片，设计简单而耐用。