风电机组的防雷防护技术及应用

　　由此可知，风机叶片是风机中最暴露的部分，必须加以防护。对叶片的保护是否足够，应当看其设计和安置叶片接闪器系统后能有效的截获雷电，以及导流系统能疏导100kA I以上的雷电流（我国西北雷害较少的地区可以不这样考虑）。
　　关于叶片的防雷应当采取以下措施：
    1）叶片应当导电：雷击时，叶片接受并将大电流导入大地，否则强大的雷电流将会损毁叶片。若叶片中含有导电的部分，则导电部件可能将雷击电流引导到轴心，以防止叶片内部产生弧光放电。导电的部件可以为叶片的外框或叶面。在德国、丹麦、日本、美国的一项广泛的研究表明，带有内置导体的叶片可以大大降低叶片结构严重损坏的可能性。
    2）叶片有多个接闪器：研究说明，安装有内置防雷系统的长条形叶片容易受到雷击的袭击，雷击点不一定是安装在叶尖的接闪器。因此需要安装多个接闪器，这样比在叶尖设置单个接闪器更容易截获雷电，为叶片提供更优良的保护。短于30m的叶片在每一片叶尖上至少应安装一个接闪器。长于30m的风叶，应安装多个接闪器，接闪器可以是碟形和柱形。
　　风机其它部件的防雷和综合接地系统
　　1)机舱和其它构件：
　　风力机机舱和其它构件（如轮毅,AA架）的防雷，应当有接闪能力，尽可 能使用大的金属构件作接闪器。还要将金属构件做等电位连接，将雷电流传导到接地系统。机舱上气象仪表、航空灯等的避雷针、引下线以及搭接线的尺寸要满足IEC62305-3的要求。
　　总之，机舱和其它构件的防雷可以直接采用｝EC62305系列标准所描述的方法。风力机应当划分为若干防雷  区LPZ，设计人员应当计算雷电风险水平，并根据等电位搭接、电磁屏蔽和采用SPD等设计防雷系统。
　　2）机械驱动系统和偏航系统
　　机械驱动系统的防雷非常重要，因为风力机的驱动系统有巨大的转动轴承、传动轴、齿轮、液压和电气执行系统，在雷电击中叶片时，它们都处于雷电流的径路上，巨大的雷电流可以使其受到机械损坏。机械驱动系统的所有部件都要经受住雷电流或运动部件间的雷电弧而不受损害，例如，轴承和执行机构用滑动接触器或火花间隙进行防护。这些部件设计成可以将雷电流从被保护部件上转移或减少雷电流流经部件的数值，直到该雷电流小到部件可以承受的水平。
　　3）电气系统、电子系统
　　风力机的电气系统、电子系统应当经受住由于雷电产生的雷电电磁脉冲（LEMP）而不损坏。雷害统计显示，大多数雷害与风机的电气系统、电子系统有关。电气系统、电子系统的LEMP的防护措施（LPMS）应能消除或避免这些系统的雷害。应当采用IEC62305-4的防护区的综合防护概念采取接地、搭接、电磁屏蔽和合理布线、安装能量协调一致的SPD等措施。
　　4）综合接地系统
　　风塔地基应当有一个接地系统，该系统是风机叶片遭直击雷后的雷电流通道，也是其他系统SPC）的接地点。各风塔间的接地系统应当相互连接构成综合接地系统，各风塔间的地线也是电缆的接地保护线。国外经验证明，综合接地系统的防雷效果比独立的风塔接地系统好很多。
　　 结论和建议
　　雷害对风电机组的负面影响也来越受到风电行业的重视，可以预见，在风电机组容量增大和机身高度增加，控制系统大量采用耐过电压过电流能力极低而工作效率极高的微电子设备后，大容量机组雷害的严重性将会日益突出，造成的间接经济损失也将也来越大。尤其将来离岸设置风电机组时，雷害的问题会更加突出。应当对风电机组实施综合防护的措施以有效减少雷害。所谓“综合防护”首先要提高风力机自身的抗雷电能力，叶片及雷电流入地路径中的所有部件（包括桨距轴承、轮毅和主轴轴承、齿轮、发动机轴承、底座、偏航轴承和塔架）应能通畅的将雷电流导入大地儿自身完好无损。对于低压电气系统和电子系统以及高压电力系统必须装置“合适的”、“能量配合”的浪涌保护设备。风场要有与相关建筑物、构筑物和风场设备、传输电缆连为一体的综合接地系统。
　　我国清洁能源发展正处于上升时期，风力发电和光伏发电都将面临如何有效的防止雷害的问题。国外的风电场业主和风电机组制造商已经认识到与专业防雷公司或科研机构、试验机构合作研究防雷措施的必要性，IEC第88技术委员会就吸收了专业防雷公司参加其中的工作。我国是个雷暴分布复杂和多雷暴的国家，风机防雷将是必然课题。目前，成都兴业雷安电子技术公司等我国大防雷器生产厂家已经有专门部门从事清洁能源系统防雷研究，其生产的电源和微电子设备用SPD已经出口到欧美和亚非各国，有较高的性价比。相信，风电机组制造商和运营商和专业防雷公司或科研机构、试验机构精诚合作，必然将风电机组防雷工作做好，使我国的风电机组能够全天候的工作。