大功率风力发电机组叶片的雷击分析与防雷系统设计
风力发电系统防雷设计研究
风力发电系统防雷设计研究近年来，随着可再生能源的发展，风力发电系统已经成为一种广泛应用的清洁能源发电方式。
由于风力发电系统常常建立在高山、平原等开阔地带，其暴露在自然环境中，容易受到雷击的影响。
风力发电系统的防雷设计成为了一个十分重要的研究课题。
在风力发电系统中，风力机是最重要的组成部分之一，它们通常设置于地势较高之处，以获取更大的风能。
由于大风环境下的强烈雷雨天气，风力机容易受到雷击的影响，如不及时采取有效的防雷措施，不仅会造成设备受损，甚至会引发火灾等严重后果。
风力发电系统的防雷设计成为了急需解决的问题。
本文将探讨风力发电系统的雷击特点、防雷设施以及防雷设计的相关研究，希望能为风力发电系统的安全稳定运行提供一定的参考和指导。
一、风力发电系统的雷击特点风力发电系统的雷击特点主要包括雷电密度高、雷电活跃时间长、雷电频次多等特点。
风力发电系统通常建立在地势较高、气候条件多变的地区，这些地区的雷电密度较高，很容易受到雷击的影响。
由于风力发电系统的运行需要依赖自然气候，因此雷电活跃时间长，往往在夏季的雷雨季节更为明显。
风力发电系统设备较多，且通常分布于较大范围的区域内，因此雷电频次多，需要更为细致和全面的防雷设计。
由于风力发电系统的雷击特点十分明显，因此必须针对这些特点采取有效的防雷措施，以保障系统的安全稳定运行。
风力发电系统的防雷设施主要包括避雷针、避雷带、避雷接地装置等多种形式。
风力发电系统通常设置避雷针。
避雷针是一种以尖端为导线，俗称避雷针，作用是把落雷引向伞状接地装置，保护建筑物、设施及人员的措施。
在风力发电系统中，避雷针能够吸引雷电并快速地释放到地面，起到了防雷保护的作用。
风力发电系统通常会设置避雷带。
避雷带是一种金属带材或导线，安装在建筑物或设施的周围，能够在雷电侵入时有效地引走雷电，降低雷击对设备的危害。
风力发电系统通常会设置避雷接地装置。
避雷接地装置是一种通过合理的设计和设置，将雷电通过接线转移并释放到地面，以保护风力发电设备的主要设备。
风电叶片防雷击设计问题
接闪带
早期一种常用的方法是把一层金属网与碳 纤维层接触套埋在叶片的胶层下面。然而 击中这层网的闪电电流会引起表壳破坏， 必须检查和修理 飞机雷达天线整流罩接闪带-多节式 而非连 续式 一系列薄的导电元件，布放在电阻材料 上，控制间隙拉紧成薄的复合带，粘在要 保护的表面上
接闪带
多节式接闪器 并不提供传导 闪电电流的金 属通道，而是 提供很多当出 现高压电场时 会电离的间隙，以及与它们下 面的导体（碳纤维层）之间允许的最小间 隙取决于电离多节带需要的电压 实验室在LM接闪带上进行的试验显示出 20-50kV/m的水平，它相当于商业用接闪 带的水平。这大大低于电离击穿像玻璃纤 维叶片之类的绝缘面所需500-700kV/m 水平
接闪带的缺点
叶尖接闪器
叶中接闪器
盘状φ100 毫米
叶中接闪器
Flash-Fish
接闪带
飞机雷达天线整流 罩接闪带 阻止雷电损坏叶片 表面
与用金属网或导体复盖相比
重量轻 容易在叶片上安装，无须钻孔 可以更换 与固体接闪器相比，对叶片表面气流影响 最小
碳纤维叶片的防雷
碳纤维叶片的防护涉及到一些不同的、更 复杂的挑战，因为碳纤维与玻璃纤维相 反，它是导体 玻璃纤维叶片的损坏常常发生在前缘和后 缘。然而对无防护的碳纤维叶片损坏却常 常发生在梁帽，因为这里是导电碳所在位 置
叶片接闪器-叶片防雷设计的关键
叶片接闪器面积有限很难保证接闪器是唯 一雷击点 雷电流-沿面闪络-接闪器（根部） 雷电流-击穿叶片-引下导体 IEC相关标准对接闪器只规定了不同材料的 最小截面积，对其数量、形状、分布等未 作具体规定
接闪器高压试验
实验条件
12MV 3m模型 距离3-4m
无接闪器高压试验
风力发电系统防雷设计研究
风力发电系统防雷设计研究风力发电系统是一种利用风能转化为电能的装置，具有可再生、清洁、环保等优点，正逐渐成为全球能源结构调整的重要部分。
由于风力发电系统通常建在高处，暴雨、雷电等天气现象容易导致系统遭受雷击，引发安全隐患和设备损坏。
对风力发电系统进行防雷设计是非常重要的。
一、风力发电系统的防雷设计原则：1.系统的安全可靠性是最重要的考虑因素。
2.尽可能减小风力发电系统的雷击危害。
3.遵循国家相关防雷标准，确保系统的合规性。
二、风力发电系统的防雷设计内容：1.系统常规防雷保护措施：（1）系统接地设计：风力发电机组、输电线路和绝缘线设计良好的接地系统，可有效地降低雷击危害。
（2）引雷器：在风力发电系统中设置引雷器，将雷电引入地下或者避免直接击中关键设备，减少雷击对设备的损害。
（3）避雷针：在发电塔上安装避雷针，防止塔上人员遭受雷击伤害。
（4）金属防护：使用避雷针、金属网等材料对设备进行金属防护，形成电磁屏蔽，防止雷击对设备造成直接伤害。
2.高频保护系统设计：（1）设置防雷川流式闭合环节，对外部大气环境中的雷击脉冲进行拦截、吸收和消散，保护风力发电系统的高频设备。
（2）通过使用避雷器、稳压器等设备，对高频电路进行保护，防止雷击冲击对设备电路产生干扰和破坏。
3.系统的过电压保护设计：（1）使用过电压保护器对系统进行过电压保护，及时将过电压释放到地下或外部大气环境中，防止过电压对系统设备产生危害。
（2）设置过电压保护器的位置、数量和规格应根据系统的整体特点进行选择，确保可靠性和合理性。
4.系统的电气接地设计：（1）风力发电机组和输电线路的接地设计应符合相关防雷标准，确保接地电阻小于设计要求。
（2）通过设置接地体，提高接地效果，减小系统感应电阻，保护系统的安全运行。
5.系统的维护和监控：定期对风力发电系统进行维护和检测，确保系统设备的正常运行，及时处理可能存在的安全隐患。
总结：风力发电系统的防雷设计是保护系统设备和人员安全的重要环节。
风力发电系统防雷设计研究
风力发电系统防雷设计研究【摘要】风力发电系统在发电过程中容易受到雷电灾害的影响，因此进行防雷设计十分重要。
本文通过对风力发电系统防雷设计的相关研究进行总结和分析，首先概述了风力发电系统防雷设计的研究现状，然后分析了风力发电系统的雷电灾害特点以及现有防雷设计方案的优缺点。
接着重点探讨了风力发电系统防雷设计的关键技术，并通过实例展示了如何应用这些技术进行防雷设计。
总结了风力发电系统防雷设计研究的重要性，提出了未来研究方向，并展望了未来风力发电系统防雷设计的发展趋势。
本文旨在为风力发电系统的防雷设计提供参考，并促进相关领域的进一步研究和发展。
【关键词】风力发电系统、防雷设计、雷电灾害、关键技术、防雷设计方案、研究总结、未来研究方向、展望1. 引言1.1 风力发电系统防雷设计研究风力发电系统是利用风能来产生电力的一种可再生能源发电系统，具有清洁、环保、可再生的特点，受到越来越多的关注和应用。
由于其安装在高空且处于自然环境中，风力发电系统容易遭受雷击袭击，从而影响系统正常运行，甚至造成设备损坏和生产中断。
风力发电系统的防雷设计显得至关重要。
通过研究风力发电系统防雷设计，可以有效保护系统设备，确保系统安全运行。
合理的防雷设计还能提高系统的可靠性和稳定性，延长设备的使用寿命，降低运营维护成本。
本文将从风力发电系统的雷电灾害特点入手，分析现有防雷设计方案的优缺点，探讨风力发电系统防雷设计的关键技术，以及介绍一些防雷设计实例。
总结风力发电系统防雷设计研究的经验教训，探讨未来研究方向，展望风力发电系统防雷设计的发展前景。
是一个值得深入探讨和研究的领域，对于促进风力发电技术的发展和推广具有重要意义。
2. 正文2.1 概述随着风力发电的快速发展，在特定风区建设风电场已经成为一种重要的能源发电形式。
风力发电系统也因其特殊的工作环境和设备特点，容易受到雷电灾害的影响，进而对系统的安全性和可靠性造成威胁。
对风力发电系统进行防雷设计显得尤为重要。
风力发电机防雷系统的组成、措施及思路
风力发电机防雷系统的组成、措施及设计思路1.风电防雷的组成风电的防雷主要由雷电电磁脉冲防护系统和直击雷防护系统组成。
雷电电磁脉冲防护系统主要针对风电的掌握系统；直击雷防护系统主要包括风塔、叶片及接地系统的防护。
从构筑物的角度进行考虑，风塔可以进行LPZ进行防雷分区，依据这种分区方式同样可以确定风塔的不同位置需要实行什么样的防护措施。
依据危急成都进行划分：处于LPZO区的部分包括叶片、风速仪，LPZ1区包括：风机（机舱）罩、塔桶内电缆、，LPZ2区包括: 变浆柜、掌握柜、等。
2.掌握系统的防雷设计对于处于野外高雷击风险环境的雷电电磁脉冲防护应重点考虑采纳等电位、屏蔽及在掌握线路上安装SPD。
3. 1机舱内的等电位系统设计风电掌握机舱内主要有变浆掌握柜、制动掌握柜、机械箱（齿轮箱）、液压掌握柜、发电机及传动系统，由于各系统之间的链接主要是靠地板的链接，各金属外壳间存在肯定的接触电阻，所以应重点做好设施之间的等电位链接，可在用紫铜带或者铜编织带进行牢靠的等电位链接。
4.2屏蔽措施屏蔽措施主要针对目前国内一些风机外科采纳高强度玻璃钢材料而言，由于雷电电磁脉冲的冲击是在空间范围内存在的，所以，为了削减机舱内电子设施受雷电电磁脉冲的冲击，应采纳金属的机舱罩, 减弱雷电电磁脉冲对机舱内设施的影响，减小雷电电磁脉冲的强度，同时也可有效的削减雷电电磁脉冲在线路上产生的浪涌脉冲。
2.3在不同位置安装相应的SPD依据国外风场的统计数据表明，风电场因雷击而损坏的主要风电机部件是掌握系统和通讯系统。
雷击事故中的40%〜50%涉及到风电机掌握系统的损坏，15%〜25%涉及到通讯系统，15%〜20%涉及到风机叶片，5%涉及到发电机。
由此可见，雷电对风机系统遭成的影响是不同的，进行具有针对性的防护是避开和削减事故的重要手段。
依据IEC61312-3. 61024和61400及GB500577994中关于雷电流安排的推举计算可计算出风机内部不同系统存在的雷击电流强度。
防雷检测风力发电中遇到的雷击事故原因分析与应对措施探讨
作。 我们应该在不 同的保护区的交界处通过防雷及 电涌保护器把有源线路进 行等电位连接。 在两个区的交界处可以使用防雷保护器把经过电流等耦合方
式侵 入到 系统 内部 的雷 电流泄放 出来 ，这些 雷 电流具有 很 大的能 量 。 （ ２） 机 舱等 电位连 接
要想避免雷电效应的发生， 就要对机舱内的金属设备以及外来的导体等
随着人 们环 保意识 的增 强 ， 人们对 可再 生能 源利用 的认 识也在 逐渐 的提 高。 风力 发 电技术 得到 了快速 的发展 。 但是 由于 风力 发电机 组 的防雷技 术并 不成熟 ， 雷 击事 故经 常发生 ， 造 成 了不 同程 度 的损失 。一 台风力发 电机 组 的 价值 巨大 ，因此 风力发 电机 组的 安全 运行 问题应 该引起 我们 的重 视 。 １ 造 成■ 击事 故的原 因 ２ ０ １ ０年 包头 达茂 旗龙源 包 头能源 风力 发 电公 司 的风力 发 电机组 遭到 雷 击， 通过 调查 分析之 后得 知是 由于雷 电流 的泄放 通道 不畅 通导致 雷 电流击在
２ １外部 防雷 （ １ ）叶片防雷 叶片 防雷就 是要 避免 雷电直 接击 中叶 片而造 成 叶片的损 伤 。 雷 电造成 的
构成的，比如发电机、轴承等。如果发电机组遇到雷击会是使整个机组的电位
升高 ，雷 电流也 会通过轴承等 向大地释放电荷 。此时塔 筒上就会产生上 千伏 甚 至上万伏 的高压 ，再加之整个机 组中某 些部分 的阻抗 与其他地方不一致 就有可 高 电位击 穿现 象 ，从而使 设备损坏。从预防雷 击的角 度来看 ，风力 发电机组一定要 设置—个共用 的接地 体 ，比如避雷针等 。并且对
【 关键词］ 风力发 电
中图分 类号 ：Ｕ ６ ７ ４ ． ７ ４
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。
风机叶片防雷方案
风机叶片防雷方案一、引言风机叶片是风力发电系统中非常重要的组成部分，其主要功能是将风的动能转化为机械能，推动发电机转子产生电能。
然而，在雷电活动频繁的地区，风机叶片容易成为雷击的目标，造成严重的损坏甚至破坏整个风机系统。
因此，采取一系列的防雷措施对于确保风机叶片的安全运行至关重要。
二、风机叶片防雷方案1. 金属导电材料覆盖在风机叶片表面覆盖一层金属导电材料，如铝板或铜板，可以有效地分散雷电的能量。
这样一来，当雷电击中风机叶片时，金属导电材料能够迅速将雷电能量传导到地面，减小雷击对风机叶片的损害。
2. 接地系统建立良好的接地系统是防雷的重要措施之一。
通过将风机叶片与地面建立良好的导电连接，可以将雷电能量迅速地引导到地面，保护风机叶片免受雷击的破坏。
为了确保接地系统的效果，需要定期对接地系统进行检测和维护，确保接地电阻符合要求。
3. 轴向封闭设计采用轴向封闭设计可以有效地减少雷电击中风机叶片的可能性。
轴向封闭设计是指在风机叶片的轴向方向上设置避雷装置，将雷电能量引导到地面，避免雷电直接击中叶片表面，从而减小雷击对叶片的影响。
4. 导电涂层在风机叶片表面涂覆一层导电涂层，可以增加风机叶片的导电性能，进一步分散雷电能量。
导电涂层通常采用导电聚合物或导电涂料制成，能够有效地吸收和分散雷电能量，保护风机叶片不受雷击的损害。
5. 避雷针在风机叶片的高处设置避雷针，可以有效地吸引雷电，保护风机叶片免受雷击的破坏。
避雷针通常采用尖锐的金属材料制成，能够在雷电来临时迅速释放电荷，将雷电引导到地面，减小雷击对风机叶片的影响。
6. 雷电监测系统安装雷电监测系统可以实时监测风机叶片周围的雷电活动情况，及时预警并采取相应的防护措施。
雷电监测系统通常由雷达、传感器和监测设备组成，能够准确地监测雷电的强度、距离和方向，为风机叶片的防雷提供有效的数据支持。
7. 定期检查和维护定期对风机叶片进行检查和维护是确保其防雷效果的重要环节。
风电机组叶片维护装备的防雷与避雷技术研究
风电机组叶片维护装备的防雷与避雷技术研究随着可再生能源的快速发展，风电成为了一种具有广泛应用前景的清洁能源。
然而，在风电机组运行过程中，叶片往往会受到雷击的危害，导致设备故障和停机时间增加，对风电系统的稳定运行产生不利影响。
因此，为了确保风电机组的可靠性与稳定性，研究风电机组叶片维护装备的防雷与避雷技术势在必行。
风电机组叶片遭受雷击的原因可以归结为以下几个方面：一是机组所处的环境，如地理位置，气象条件等，这些因素都会影响雷电活动的频率和强度；二是叶片本身的材料与几何结构，这些因素会极大地影响雷电击中的概率和受损程度。
因此，通过合理的防雷措施和装备设计，可以有效地减少叶片遭受雷击的风险。
首先，对于风电机组叶片的防雷问题，一个重要的解决方案便是在叶片表面涂覆导电涂层。
这种导电涂层能够将雷电击打到叶片表面的电流导向机组内部的设备，而不会对叶片造成严重的破坏。
此外，导电涂层还能提高叶片本身的导电性能，能够在叶片表面积累的静电通过导电涂层迅速放电，减少静电积累带来的风险。
其次，风电机组叶片的避雷装置也是防止叶片雷击的重要手段之一。
常见的避雷装置包括避雷带、避雷线和避雷网等。
这些避雷装置通过将叶片与地面建立起静电屏蔽层，从而减少雷电击中叶片的概率。
同时，避雷装置还能将叶片上积累的静电快速导向地面，降低静电积累带来的风险。
除了上述的防雷装备，风电机组叶片的维护与运行也需要注意一些细节，以确保叶片的防雷性能能够长期有效。
首先，定期进行叶片维护与检查是非常必要的。
在维护过程中，要仔细检查叶片的导电涂层是否存在磨损、老化或损坏的情况，及时进行修复和更换。
此外，还要检查避雷装置的连接是否良好，保证其正常工作。
其次，要加强对风电机组叶片的监测。
通过使用先进的监测设备，可以实时监测叶片的静电积累情况，提前发现叶片的雷电危险和隐患，及时采取措施进行防护和修复。
此外，对于风电机组的整体设计和布局也需要考虑雷击的因素。
例如，可以合理选择机组建设的地理位置和叶片材料，使其能够更好地抵御雷电攻击。
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大功率风力发电机组叶片的雷击分析
与防雷系统设计
黄金鹏
（北京金风科创风电设备有限公司， 北京100176）
0 引言
现代风力发电机组提出了与其他建（构）筑物不曾有的防雷问题，这些问题是：
——风力发电机组是高度超过150m 的高大构筑物；——风力发电机组常常安装在非常容易受到雷击的场地；——风力发电机组的许多暴露部件，如叶片和机舱盖往往由不能承受直击雷或传导直击雷电流的复合材料制成；
——叶片、轮毂、发电机与机舱是相对旋转的，不利导流；
——雷电流必须通过风力发电机组的金属结构传导到大地，因此，实际上大部分雷电流将流经或靠近所有的机组部件。
其中机组中所使用SPD 要特制，必须满足电磁兼容要求。
——风电场中的风力发电机组的相互电气连接，往往位于接地条件不好的区域。
针对上述问题，我们通过对介绍叶片遭雷击的损坏机理、雷击叶片试验等对叶片遭雷击现象分析，得出有针对性的叶片雷电防护系统的设计。
[2][3]
摘 要：针对兆瓦级大功率风力发电机组越来越多地应用于风电场建设，以及雷电对风力发电机组安全运行的危害日
益突出，本文在参考大量国内外研究资料的基础上，分析了风力发电机叶片遭受雷击损害的机理，整理并归纳了叶片有效的雷电防护措施有助于国内风力发电场对机组叶片进行有效地雷电防护。
关键词：风力发电机组；叶片；防雷；接闪器；引下线[1]中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-9219(2012)05-0080-04
1 叶片损坏现象和机理
雷击点出现的典型损坏现象有以下几种情况：1.1 开裂和灰化
叶片表面复合材料开裂和灰化，以及雷击点的金属部件烧毁或熔化。
开裂属于机械损坏，灰化属于热效应的结果。
1.2 电弧
雷电流在叶片内部形成电弧，或在叶尖雷击点和导体部件之间常会形成内部电弧。
风力发电机组的叶片的损坏最为严重，空气中的电弧会存在于叶片内的空洞和叶片表面，属于电气损坏。
1.3 爆裂
雷电流传到复合材料层之间时，因为层间有些潮气，内部电弧加热潮气引起压力冲击使叶片爆裂或使叶片表面沿着前后缘和叶片承载梁处撕裂损坏，小至叶片表面发生裂纹，大到叶片完全碎裂。
有时压力波会通过轮毂从受雷击的叶片传到其他的叶片上而引起损坏。
属于热效应和机械损坏。
2 雷击试验
2.1 接闪器雷击试验[4]
我们通过国外测试机构对叶片做了雷电冲击测试，证明对叶片安装接闪器的必要性。
叶片无接闪器时，叶片截雷58%, 机舱截雷42%，如图1。
但有接闪器后，叶片截雷100%，如图2。
2.2 雷击放电极性试验
试验方法是分别对叶片正极性放电和负极性放电各30次，得出的结果是正极性放电未击中接闪器的次数为0次，捕获率为100%；而负极性放电未击中接闪器的次数为9次，捕获率为70%，如图3。
从上述实验得出重要结论：
（1）雷电可能不击中接闪器而直接击中叶片表面。
（2）叶尖接闪器更容易吸引雷击。
（3）正极性雷电容易击中叶片表面负极性雷电容易击中接闪器。
2.3 雷电模拟仿真实验
根据雷电流强度预测风电机组哪一部分将会遭到雷击，例如60米叶片，总高160米风力机30653次电击的模拟，如图4。
这张图显示最强的闪电最频繁趋向击中叶尖，而不太强的闪电趋向击中叶片较下方，电流从100 kA 至50 kA ，再到20kA。
3 叶片遭雷击统计
据估计，世界每年有 1%～2% 的转轮叶片受到雷电
图3 叶片接闪实验
图4 基于滚动球概念预测闪电叶片附着图
图1 无接闪模拟雷击实验 图2 有接闪器的模拟雷击实验
袭击。
叶片受雷击的损坏，多数在叶尖，是容易修补的，但少数情况则要更换整个叶片。
下面两幅图列出了两种不同风力发电机组被雷击后的故障部件修理费用，及平均中断运行时间，由此我们可以看出叶片造成的损失是最严重的。
[5]
4 叶片防雷系统设计
根据上述介绍，我们对大功率风力发电机组的叶片防雷系统做如下设计。
4.1基本设计要求
叶片通过装设接闪器、引下线及其连接元件组成雷电防护系统，它可为叶片结构本身的一部分，或合并于叶片的组件当中。
它能在规定的雷电保护水平下承受相应的雷电流冲击后，确保叶片无结构性损坏,不妨碍叶片继续运行直至下一次维修；能耐受因风、潮湿、颗粒物等引起的预
图5 两种不同大小风力发电机组各故障部件的修理费
图6 两种不同大小风力发电机组各故障部件的平均中断运行时间
期磨损以及振动，但不影响叶片的动力特性。
对雷击防护系统的叶片耐受机械应力的能力进行考核。
4.2 叶片中的接收器
叶片接收器应位于叶片表面，能截收绝大部分的雷击先导。
叶片接收器能进行维修和更换。
叶片接收器的保护范围不能用保护角法和滚球法来计算确定。
叶片接收器系统的设计根据严格的检测和试验来确定。
当叶片中接收器的数量达到或超过下列规定值，可不进行高压雷击接闪试验中的初始先导接闪试验。
[6][7][8]
叶片长度L<20 m ：叶尖端接收器1个。
叶片长度20 m ≤L<30 m ：叶尖端接收器1个，压力侧接收器1个，吸力侧接收器1个，与叶尖端有一定距离处。
叶片长度30 m ≤L<45 m ：叶尖端接收器1个，压力侧接收器2个，吸力侧接收器2个，分布在转动的叶片上。
叶片长度L ≥45 m ：叶尖端接收器1个，压力侧接收
器3个，吸力侧接收器3个，分布在转动的叶片上。
4.3 叶片中的引下线
a 引下线应长期可靠连接，并能承受雷电流产生的电、热及电动力效应的联合冲击。
引下线宜在进行模拟雷击试验以前就安装在叶片上，应与叶片一起进行耐受机械应力的能力考核。
b 引下线在雷电流的传输中不应超过叶片的温度允许值。
4.4 碳纤维叶片的防雷
碳纤维叶片的防护涉及一些不同的、更复杂的挑战，因为碳纤维与玻璃纤维相反，它是导体。
玻璃纤维叶片的损坏常常发生在前缘和后缘，然而对无防护的碳纤维叶片来说，损坏却常常发生在梁帽，因为这里是导电碳所在位置。
碳纤维叶片的防雷常采用接闪带。
早期一种常用的方法是把一层金属网与碳纤维层接触套埋在叶片的胶层下面。
然而击中这层网的闪电电流会引起表壳破坏，必须检查和修理，如图8所示。
图7 叶片接收器的形状和截面积要求
图8 接闪带
该接闪带属于飞机雷达天线整流罩接闪带－多节式，而非连续式。
一系列薄的导电元件，布放在电阻材料上，控制间隙拉紧成薄的复合带，粘在要保护的表面上多节式接闪器并不提供传导闪电电流的金属通道，而是提供很多当出现高压电场时会电离的小气隙。
5 检测与验证
叶片接收器和引下线截收并传导雷电流能力可通过以下方法之一进行验证：
（1）叶片雷击防护系统的性能检验和测试应按IEC 61400-24附录D 给出的高压雷击接闪试验和大电流试验方法。
应在具有资质的试验单位，按规定的试验设备、试品、要求的试验布置和试验程序进行试验。
叶片应在预期接闪位置接闪，叶片表面无破坏、无沿面闪络，未发生击破叶片表面至内部，叶片层叠结构为破坏。
试验合格判据的细节可由厂商和试验单位协商确定。
（2）能够证明其与已验证合格的叶片类型（设计）是相似的，或者与有文件可显示其有成功防雷经验的叶片类型是相似的。
（3）使用已与有成功试验结果或者有成功服务经验的叶片保护设计比较后确认可靠的分析软件进行验证。
[5]
参考文献
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作者简介
黄金鹏(1981- ) ，男，毕业于鞍山科技大学，电气工程与自动化专业，本科。
从事8年防雷相关的工作，2006年获得由辽宁气象中心颁发防雷工程师资格证。
现就职于金风科技股份有限公司，任职研发单元防雷技术工程师，主要从事风电机组的整机防雷研究。