风力发电机的雷电绕击分析与防护
浅析风力发电机组的雷电防护
浅析风力发电机组的雷电防护摘要随着风电技术的发展，大型风力发电机不断研制成功，随之机组的塔架也越来越高，风力机遭受雷击的几率也比过去增加了很多，在沿海或林区的风电场，防雷是不可忽视的，在这些风电场尽管也采取了一些防雷措施，但雷击还是造成了叶片和电控器件的损坏，借鉴经验及总结教训，我们应该做到防患于未燃，将防雷工作做的更彻底、更全面，以使雷击对风机的损坏降到最小。
关键词:风电;风力发电机;防雷一、引言雷电是自然界中一种常见的放电现象。
关于雷电的产生有多种解释理论，通常我们认为由于大气中热空气上升，与高空冷空气产生摩擦，从而形成了带有正负电荷的小水滴。
当正负电荷累积达到一定的电荷值时，会在带有不同极性的云团之间以及云团对地之间形成强大的电场，从而产生云团对云团和云团对地的放电过程，这就是通常所说的闪电和响雷。
具体来说，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的冻结、云体的碰撞等均可使云粒子起电。
一般云的顶部带正电，底部带负电，两种极性不同的电荷会使云的内部或云与地之间形成强电场，瞬间剧烈放电爆发出强大的电火花，也就是我们看到的闪电。
在闪电通道中，电流极强，温度可骤升至2万摄氏度，气压突增，空气剧烈膨胀，人们便会听到爆炸似的声波振荡，这就是雷声。
而对我们生活产生影响的主要是近地的云团对地的放电。
经统计，近地云团大多是负电荷，其场强最大可达20kV/m。
二、雷电的危害自然界每年都有几百万次闪电。
雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。
最新统计资料表明，雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。
全球每年因雷击造成人员伤亡、财产损失不计其数。
雷击造成的危害主要有5种：（1）直击雷带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。
它的破坏力十分巨大，若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害——火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。
风电场雷击事故原因分析与改进建议
◎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。
风电雷电防护与检测标准
风电雷电防护与检测标准
风电雷电防护与检测标准是为了确保风力发电机组在雷电环境下能够安全、可靠地运行而制定的一系列标准和规范。
这些标准涉及到风电机组的防雷设计、施工、检测和验收等各个环节，具体包括以下几个方面：
1.接地系统：规定了风电机组接地系统的设计、施工和检测要求，包括接地
电阻的测量和计算、接地线的选择和连接方式等。
2.防雷装置：规定了风电机组防雷装置的设计、施工和检测要求，包括避雷
针、引下线、接地网等的布局、安装和材料选择等。
3.电气系统：规定了风电机组电气系统的防雷要求，包括电源系统、控制系
统、通信系统等的防雷措施和设备选择等。
4.雷电预警与监测：规定了风电机组雷电预警和监测系统的设计、施工和检
测要求，包括雷电预警系统的布局、安装和运行，以及雷电监测数据的处理和分析等。
5.验收与评估：规定了风电机组防雷工程的验收和评估要求，包括验收程序、
评估标准和安全性能测试等。
总之，风电雷电防护与检测标准是为了确保风电机组在雷电环境下能够安全、可靠地运行而制定的一系列标准和规范。
在实际工作中，风电企业应该遵循这些标准，加强风电机组的防雷保护，提高其运行的安全性和可靠性。
风力发电机组防雷系统的分析和建议
风力发电机组防雷系统的分析和建议【摘要】本文从风力发电机组（以下简称风机）防雷的原理和泄流的介绍出发，通过对所安装防雷系统上存在的不足之处说明，分析问题的形成原因，给出了具体改进方案，指出了方案的优缺点和可行性。
【关键词】叶片防雷；雷电泄流；接闪器；通讯防雷；等电位连接一、叶片的改进设计（一）改进必要性分析1.叶片防雷重要性下面给出丹麦和德国统计的雷击数据：（1）风机雷击率（2）受雷击损坏部位（3）影响利用率（4）影响发电量（5）修理费用从上面5组数据中可以看出，叶片的损坏率比较大，主要由于叶片处于风机的最顶端，最容易遭受直接雷击，并且叶片是处于旋转的动态过程，增大了它遭受雷击的可能性。
由于叶片的体积和重量都比较大，并且维修和跟换需要涉及吊装和运输等，因此叶片的防雷尤其重要。
2.风机被雷击频率和雷击位置为了实施有效的雷击保护，需要事先对雷击频率和雷击位置进行预测，从而使雷击保护更有针对性。
通常用雷击高层建筑的频度估算方法来估计雷击风电机组的频度。
对于高度低于60m的建筑物，其雷击频度为：对于叶尖带防雷保护的风电机组，在计算Ac时其高度应为最大叶尖位置与地面之间的距离。
对于叶尖没有保护的情况，其有效高度介于该值与机舱到地面距离之间的值。
以上计算方法仅限于低于60m的风电机组。
对于高于60m的风电机组，按式（1）计算得到的结果则偏低。
估计雷云对大地放电的可能雷击点的位置，可以应用“滚球法”的简化方法。
尽管雷击放电具有很大的分散性，“滚球法”得到的结果可能与实际情况存在一定的误差，但该方法还是普遍应用于接地建筑物的防雷设计。
IEC标准给出了对应于特定防护水平的滚球半径的大小。
将此方法应用于风电机组，则可以推知叶片的大部分、轮毂、机舱的尾部以及部分塔筒均可能成为雷击放电点。
3.风机叶片防雷结构及存在的问题（1）雷击造成叶片损坏的机理雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升造成爆裂破坏。
风力发电机组叶片雷击损伤及防护措施
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。
浅谈风力发电机主轴承的雷电防护
浅谈风力发电机主轴承的雷电防护摘要：在风力发电机运行过程中，由于雷电放电导致的风机主轴承损坏现象时有发生。
因此，为确保风力发电机在恶劣天气下安全运行，必须对风力发电机主轴承采取必要的防护措施。
本文主要针对风力发电机主轴承的雷电防护措施进行了研究，旨在为风力发电机的运行维护人员提供参考。
在风力发电机运行过程中，由于雷电放电产生的强脉冲电流会通过电缆、光缆等进入到风机主轴承中，当这些强脉冲电流在主轴承壳体中产生局部过热时，会造成风电机组主轴承局部温度升高。
在某些情况下，还会造成风机主轴承内部出现裂纹，这将对风电机组的安全运行构成严重威胁。
关键词：风力发电机；主轴承；雷电防护随着中国经济的快速发展，电力需求不断增加，使得风力发电得到了越来越广泛的应用。
风力发电机主轴承是由主轴、轴承和轴承座组成。
其中，主轴是整个风力发电机的核心部件，起着关键作用。
它将风能转化为机械能，并将其传递给轴承。
轴承则用于支撑主轴和整个机组的重量，还起着密封和润滑作用。
1.风力发电机雷电防护现状随着我国风电行业的发展，风电机组的单机容量也在不断增大，这为风电场的建设提供了巨大的空间。
然而，随着风电机组单机容量的增大，雷击造成的风机损坏事故也随之增多。
目前，在国内风电机组上使用最多的防雷措施是避雷针和接地装置，这两种防雷措施能有效地避免雷击事故对风机造成损伤。
而在实际工作中，由于雷击事故对风机主轴承的影响往往容易被忽视，从而导致风电机组遭受雷击事故。
风力发电机运行时产生的强脉冲电流会通过电缆、光缆等进入到风机主轴承中，由于电缆、光缆具有绝缘性能较差、线路防护等级低等特点，当这些强脉冲电流通过电缆、光缆进入到主轴承中时，会造成主轴承局部温度升高，进而对风电机组造成损伤。
在这种情况下，若不采取有效措施对风机主轴承进行防护，那么风力发电机将会因雷击而出现损坏。
然而目前国内对于风电机组雷电防护技术研究较少，对风机主轴承雷电防护技术不够重视。
风力发电机组防雷措施
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。
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风力发电机的雷电绕击分析与防护
发表时间：2018-12-07T10:00:32.543Z 来源：《防护工程》2018年第25期作者：郑卓骅林娜
[导读] 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。
郑卓骅林娜
广东省揭阳市气象局
摘要：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。
关键词：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。
二、绕击模型
目前较为常用的绕击分析模型包括经典电气几何模型和Eriksson提出的改进电气几何模型。
电气几何模型在分析输电线路屏蔽失效的方面获取了较好的效果。
电气几何模型是基于击距概念，击距是将线路引雷能力与雷电流幅值联系在一起。
在电气几何模型的基础上，相关的学者又通过完善提出了引雷空间法开展线路防雷保护的分析。
引雷空间法中的非常重要的一个概念是吸引半径，具体说的是引雷的结构物包含一定的雷电吸引范围，一旦雷电下行先导进入吸引半径区域内，结构物会产生迎面先导从而拦截下行先导，否则雷电先导击中地面。
吸引半径较击距更能看出建筑产生的上行先导所产生的雷击影响。
三、雷击风机桨叶暂态特性仿真分析
由于风机高耸的结构和桨叶顶端突出的特点，风机桨叶是比较容易遭到雷击的部位之一，而又因桨叶通常处于旋转状态，受雷击后，其雷电流泄放通道更难形成，所以桨叶也很容易击坏。
可以把整张叶片看成一条传输线，并且等值成一个RLC电路，选取的叶片仿真模型在工程中实际长度为60m。
在ATPdraw仿真电路中，把叶片依次从上往下等分成A、B、C三段，雷电流从桨叶的顶部注入，在每相隔的RLC 电路中添加节点电压测量仪，设置每段20m的单相分布传输线。
为更接近实际风机情况，对风机进行模拟计算时，选取风机的部分参数为：整机总体直径是130m，塔体高80米，叶片长度为60m，叶根弦长4m。
设雷电流波形为我国电力行业规定采用的2.6/50μs，且在仿真软件中参数设置幅值为100kA，波头时间为4E-6，半波时间为5E-5。
在ATPdraw仿真软件中，设定仿真参数后，进行仿真。
另外，雷电流沿壳体内部路径传导时常会出现电弧，弧道附近的壳体材料，同时高温可能高达几千度，这样高的温度会严重烧损弧道附近的壳体材料，同时高温也会在壳体内部产生高压力的冲击波，对桨叶壳体产生机械损伤，这种损伤连同电弧通道高温的烧灼作用，常使受雷击后的桨叶出现裂痕。
四、风电场防雷整改措施
（一）风机基座基础与箱变设备防雷接地系统设计
风机基座基础与箱变设备防雷接地要依据风机的所在的地理环境、土壤电阻率、雷电灾害发生的频率等条件，并根据IEC61400-24-2010等的相关规范和要求来设计。
风力发电机组的接地系统不仅是风机与箱变的防雷接地，同时也是系统接地（防静电接地）、保护接地和工作接地。
首先，要利用风力发电机基座基础接地装置当作自然接地体，其次，依据现场的实际情况和土壤电阻率在风机基础接地体外进行敷设，接地铜引线穿过基座时与基座里的钢筋有效的连接，并与箱变设备的接地连接在一起，将风机基础内的接地和基础外接地网联系构成完整的接地体。
最后，埋设垂直接地体以及外延接地体当作扩散雷电流的人工接地网，通过利用厚度不小于4mm的热镀锌扁铁，且埋地的深度不小于80cm，以符合接地电阻阻值小于4Ω的要求。
结合风电场的实际现场环境，通过利用半球接地原理，在风机基础外延一定数量的水平接地体，并在外延水平接地体上均匀地布设相应数量的接地高效降阻产品DK-AG/Fb防腐电解地极，利用电解质向地表深层和四周的泄放，可使导电率极差的地质结构，形成一个很好的导电通道，大大降低接地电阻。
五、结束语
综上所述，在风电机组设备损坏当中，叶片的损坏对发电量的影响最大，所需要的维修费用最多，维修工艺也最复杂。
严重的雷击叶片事故甚至可能导致整台风电机组报废。
而风机的雷击特性又和叶片密切相关，因此叶片的防雷是风电机组防护的重点和难点。
针对雷电
对风机叶片的致灾机理和防护技术还需要不断开展深入研究，从而促进风电行业的发展。
参考文献：
[1]刘健.大型风机叶片雷击特性分析[D].南京：南京信息工程大學，2017.
[2]王瑞峰.风机雷电监测及雷击暂态特性研究[D].上海：上海电机学院，2017.。