风力发电机组防雷保护系统解析
风力发电机组的气象防雷保护
风力发电机组的气象防雷保护：随着风力发电机组单机容量的不断増大，风机轮毂高度和叶片高点也在不断増高，在旷野、山顶和沿海地区，风机遭受雷击的概率非常大。
从各风场反馈的情况来看，雷击不但是造成风机故障停机的重要因素，甚至直接影响风电场的安全运行。
本文首先从雷电的破坏机理和形式入手，对雷电的防护区域进行了划分，并提出了风力发电机组的防雷保护设计原则和防雷系统工程方案;而后对风机整机系统的防雷保护进行了系统的分析，并提出了具体的防雷保护方法。
标签：风力发电防雷雷电1引言风能是一种绿色、安全的清洁能源，也是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生能源。
近年来，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毅高度和叶轮直径不断增高;同时，高原、沿海、海上等新型风力发电机组的开发，使风力发电机组开始大量应用于高原、沿海、海上等地形更为复杂，环境更为恶劣的地区，更加加大了风力发电机组被雷击的风险。
据统计，风电机组故障中，由遭遇雷击导致的故障占到4%。
电具有极大的破坏力，雷击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、控制元器件烧毁等故障，给风电场带来直接和间接的巨大经济损失，此风力发电机组的防雷保护已日益引起各个风电机组制造厂家和风电机组研发设计人员的重视。
风电机组的防雷是一个综合性的工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风电机组在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风电机组内的各种设备不受损害。
2雷电的产生及危害雷电是雷云间或雷云与地面物体间的放电现象，电位差可达数兆瓦甚至十兆瓦，放电电流几十千安甚至几百千安。
经验表明，对地放电的雷云绝大部分带负电荷，当雷暴经过大地时，云块下方原本负电荷充电的几公里的雷暴范围内的大地可以变为正极充电。
这些正电荷会集中在垂的物体上，比如树木和高耸的建筑物。
这些物体向上释放出正极的放电，并试图与从云块发出的向下的负极放电相结合，当正负电荷相结合时，闪电就发生了。
2.1雷电的破坏形式风力发电机一般都是安装在空旷的地方，并且明显高于附近的建筑物和树木，所以整个风机是暴露在直接雷击的威胁下，尤其是叶片。
风电系统的防雷保护措施
风电系统的防雷保护措施【摘要】随着风电机组单机容量和风电场规模的增大，风电场的安全运行问题日益受到重视。
在影响风电场安全运行的诸多因素中，遭受雷击是一个重要方面。
本文结合风电机组防雷的研究成果，对风电机组的雷击过程、雷击损坏机理以及防雷措施进行了较全面的阐述。
【关键词】风电机组;综合性防雷;保护措施0.概述风力发电是目前技术最成熟、最具规模化发展前景的可再生能源，风能与其他常规能源相比在利用上有明显的优点：取之不尽、用之不竭、就地可取、分布广泛、分散使用、不污染环境，最重要的一点是对于遏止目前日益恶化的全球温室效应有着尤其重要的意义。
在能源供应日趋紧张、环境污染日益严重的形势下，风电发展越来越受到各方的高度重视。
中国的风力发电占到整个电力结构的很少一部分，发展空间十分广阔。
风电产业的重要性日益凸显，风电机组不仅是因为其造价昂贵，更是作为风电产业的核心部件，直接影响着总发电容量，所以对风机的防护是至关重要的。
影响风电场安全的因素很多，其中雷击作为影响其运行的一个重要方面。
随着单机容量的增大，风电机组的塔筒越来越高，内部的电子器件越来越复杂，再加上浙江地区的特殊情况，风电场一般都处于广阔地带，因此风电机组遭受雷击的可能性也较大。
雷电现象具有随机性、破坏力极大，不可能完全避免风电机组遭受雷击，只能在风电机组设计、制造和安装过程中，采取防雷设施，使雷击造成的损失减到最低。
1.风电机组的防雷措施为了增加总装机容量，风电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多的能量，轮毂高度和叶轮的直径也随之增高，相对的也增加了被雷击的风险。
雷击发生时，电流通过风力发电机组件传导至地面，由于浙江建设的风力发电机都位于风力比较大（风区瞬时风力可达40-50秒/米）的区域，风电场通常选址在空旷开阔的丘陵或山脊上，其高度远高于周围的地形地物，安装地点的土壤电阻率通常较高，对雷电流的传导性能相对较差，特别容易受到直击雷、侧击雷和感应雷的袭击。
大型并网风力发电机的防雷保护
大型并网风力发电机的防雷保护摘要：风力发电机往往是雷击的高发事故区，本文通过介绍大型并网风力发电机中常见的雷击危害，并针对可能会产生雷击事故的部位进行防雷保护技术阐述，以及为大型并网风力发电机防雷保护措施提出见解。
关键词：大型并网；风力发电机；防雷；措施技术随着世界逐渐对绿色能源发展的重视，现在世界发展观已经从以前粗犷、以牺牲环境为代价的发展方式转变成为了以可持续发展为目的、结合环境发展观的发展方式。
在我国，已开始大力对风力能源的开发和利用。
在建造风力发电机时，由于雷击造成的故障维修费用最多。
如何做好大型并网风力发电机中的防雷保护设施，成为了降低风力发电成本，改进风力发电管理工作的重要待解决的问题。
1.雷电对风力发电机产生的危害随着风力发电技术的不断发展，现在的风力发电机的功率已经从以前的几百千瓦发展到了兆瓦级别。
由于功率的增加，风力发电机的建筑高度也从原先的十几米上升到了五十多米，甚至一百多米。
高度的增大带来的就是雷击概率的增加。
在实际的生产运行当中，风力发电机产生的维修费用以雷击维修产生的费用所占份额最大。
再加上风力发电机的维修本来就是一项高空作业，也因为风力发电机一般建造在山顶，海面，高原等等一些风力资源丰富的地方，而这些地方一般都是交通运输不方便，维修困难的区域，一旦风力发电机出现故障，维修的成本是非常高的。
2.雷电对风力发电机产生危害的方式2.1直击雷损坏直击雷是风力发电机遭受雷电直接击中的情况，虽然风力发电机被雷电直接击中的次数不多，但是直击雷对风力发电机损害的程度是最高的。
直击雷一般会直接击中风力发电机的叶片、轮毂、传感器或者机舱等等。
在直击雷击中叶片和轮毂等等地方，如果没有设置接地防雷措施，很容易造成雷电大面积破坏叶片、轮毂、发电机、电柜系统等等情况。
而直击雷同时也会伴随着雷电波和雷电感应的产生，对机舱内部的微电路元件造成巨大损害。
2.2雷电波和雷电感应侵入虽然直直击雷破坏力巨大，但是在70%的风力发电雷击事故中，还是以雷电波和雷电感应对内部电子原件摔坏这种方式居多。
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。
兆瓦级风力发电机组的防雷电保护
兆瓦级风力发电机组的防雷电保护风电系统中涉及的过电压保护及防雷接地问题较多，但我国还没有风电系统过电压保护和防雷接地的国家标准或行业标准,为了促进风电行业的快速发展，本文简单介绍了雷电的形成过程及雷电的几种入侵形式，系统地阐述了目前国内兆瓦级风电机组的防雷方案设计及其实现，满足了工程的实际需要，对风力发电和风电场设计具有较好的指导意义。
风力发电在近十几年发展的非常迅速。
与此同时，风电机组的单机容量和风电场的总装机容量也不断增长，因此风电场的安全运行问题也越来越受到人们的关注。
风电机组很多安装在山谷的风口处，或海岛的山顶上，容易受到雷击影响，安装在多雷雨区的风电机组，受雷击的可能性更大，尤其是控制系统最容易因雷电感应造成过电压的损害。
因此，在风电机组设计中，进行科学的防雷保护设计有重要意义。
1 雷电的破坏形式1.1 直击雷雷电直接击中线路并经过电器设备入地的雷击过电流称为直击雷；直击雷蕴含极大的能量，电压峰值可达5000KV，具有极大的破坏力。
因此，雷电流具有幅值极高、频率极高、冲击力极强等特点。
如建筑物直接被雷电击中，巨大的雷电流沿引下线入地，主要会造成以下影响：几十甚至几百KV的雷电流沿引下线在数微秒时间内入地的过程中，有可能直接击穿空气，损毁低压设备。
在接地网中，由于瞬态高电压的冲击，在接地点产生局部电位升高，在地网间出现电位差，由此，导致地点位反击而损坏电器设备。
地网中的电位差还会产生跨步电压，直接危及人们的生命；雷击产生的冲击电流沿引下线对地泄放过程中，还会在引下线上产生强烈的电磁场，耦合到供电线路或音频线、数据线上，产生远远超过弱电设备耐受能力的浪涌电压，击毁弱电设备；雷电流流经电气设备产生极高的热量，会造成火灾或爆炸事故。
1.2 传导雷由远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压，由室外电源线路和通信线路传至建筑物内，损坏电气设备,称为传导雷。
1.3 感应雷云层之间频繁放电产生强大的电磁波，在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压，峰值可达50KV，称为感应雷。
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。
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
风力发电系统的防雷设计主要包括以下几个方面：
对于风力发电机组而言，需要采取有效的接地措施。
将风机塔杆与地面之间建立良好
的接地系统，可以有效地分散和引导雷电流，减少雷击对风机本体的破坏。
在设计过程中，应根据具体地理条件和风机塔杆的高度确定合理的接地形式和接地电阻，确保接地系统的
可靠性。
风力发电机组绕组的内部绝缘应具备较高的耐雷击能力。
采用合适的介质和绝缘结构，如特殊的绝缘纸或绝缘漆涂层，可以有效提高绕组的耐雷击性能。
对于电机的定子线圈，
还可以设置较好的绝缘距离和绝缘结构，以增加其防雷击能力。
风力发电系统的设备和设施应具备良好的防雷击能力。
风机塔杆和机舱罩体等外露部
分应选用具有较高绝缘性能的材料，并采用合适的接地方式，以减少雷电对设备的影响。
对于控制系统和仪表设备等关键设施，也应合理地设置防雷击措施，如安装避雷针等。
风力发电系统的防雷设计还要考虑在运行过程中的实际情况。
特别是在风力较大、雷
电活动频繁的地区，应加强对系统的监测和保护。
可以采用雷电监测仪和防雷击装置等设备，及时预警并采取相应的措施，保护风力发电系统的安全运行。
风力发电系统的防雷设计是保障系统安全运行的关键要素。
通过合理的接地设计、高
耐雷击的绝缘材料和结构、良好的设备防护措施以及实时的系统监测和保护等措施，可以
最大限度地降低雷击对风力发电系统的影响，保障其长期稳定运行。
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风力发电机组防雷保护系统解析
随着能源消费方式的变革，风能产业发展日趋迅速，风电机组的防雷成为风电产业发展的重中之重，本文简单介绍了雷电的形成及危害、风电机组防雷的必要性及主要措施。
标签：风电机组；防雷保护；导雷通道
1 雷电的形成及危害
1.1 雷电的形成
雷电的形成过程简单来说，雷云中带有大量的电荷，在静电感应的作用下，雷云的另一侧和雷云下方的地面上（或雷云下方的建筑物等）将带有大量的极性相反的电荷。
据统计，80%-90%的雷云将带有大量的负电荷，当电荷积累到一定程度，即产生强电場，由于叶片等导体尖端的电荷特别密集，尖端附近的电场更是特别强，空气在强电场的作用下发生电离，空气成为导电通道。
1.2 雷电的危害
由于风电机叶片形状多有尖锐部分，尖端电荷特别密集，往往会发生尖端发电。
同时，在强电场作用下，叶片表面曲率大的地方，等电位面密，电场强度剧增，致使它附近的空气被电离而产生气体放电，即电晕放电。
这两种现象发生的同时常常伴随着巨大的能量的变化，叶片温度急剧升高，高温分解叶片周围气体，使其急剧膨胀产生气体爆裂现象，对叶片表面造成损害。
2 防雷的必要性
相对于普通建筑物，风电机具有高空尖的特征。
高：风电机组常常为某个地区的高大建筑物，是一个地区的制高点。
空：风电机组的选址常常在沿海一带或者比较空旷的风力资源优越的地带，这样就决定了风电机组周围环境必定是人烟稀少，建筑物稀稀落落的情况。
尖：风电机组的叶片形状等风电机的主要构件常常有尖锐突起部分，这就为尖端放电的形成提供了良好的条件。
高空尖的特征决定了风电机组遭受雷击的概率极大，造成不可估量的损失，
3 主要防雷措施
3.1 叶片的防雷
①无叶尖阻尼器结构的叶片防护方式由于没有叶尖阻尼器，防雷措施实施起来相对较容易，如下图1所示，叶尖部分的上部铺设有铜丝网，作为接闪器。
叶尖的主体部分内部设有铜导体，铜导体末端与金属法兰相连。
当叶片遭受直击雷时，产生的强大电流便在铜丝网中汇聚于铜导体中，短时迅速的将电流输送至金
属法兰，避免了强大电流对叶片产生的破坏作用。
②有叶尖阻尼器结构的叶片防雷措施实施起来较为困难，如下图2所示，叶尖部分的玻璃纤维中预置金属导体作为接闪器，通过由碳纤维材料制成的阻尼器轴与用于启动叶尖阻尼器的钢丝相连接实验表明，电流达到200KA时，叶片无损坏。
3.2 轮毂的防雷
叶片中的强大电流经导体通道流到轮毂后，由于轮毂本身为金属导体，轮毂防雷的重点便应着眼于叶片与轮毂的连接方式。
①变桨轴承导电方式：通过碳刷和放电间隙利用变浆轴承进行传导雷电流，对于雷电天气较少，雷电强度较低，气候情况较为平和的地方，变桨轴承导电方式较为适合，但是在极端天气情况下，雷电强度较高，雷电天气频率较高的风场，这种方式会大大影响轴承的运行性能和运行寿命。
②软导线连接方式：该方式主要通过软体导线连接叶片和变浆轴承，软体导线充当导雷通道的角色。
但是在该方式下，软体导线将会处于叶片的自转和叶片变桨的双重运动状态下，保持软体导线的稳定性和可靠性是该种方式的难点。
同时，由于软体导线自身的特性，软体导线包皮在输送高频率强大电流过程中，容易老化失效，使得维修周期较短。
目前，采用行业内领先的软硬结合技术，将软体导线固定于钢板之上，会在一定程度上延长维修周期。
3.3 机舱的防雷
电流的泄放通道决定了做好机舱内的各大部件与机舱底部的绝缘处理至关重要，并在高低速轴之间采用绝缘联轴器，以保证百分之分的消除过轴承的电流。
对于机舱的防雷，采用屏蔽和合理布线，以减少雷电电磁脉冲对电子信息系统的冲击。
机舱材料一般采用玻钢材料制成，玻钢材料制造的机壳内表面又常常嵌有金属网，这种设计对雷电电磁脉冲有着良好的屏蔽作用，改善机舱内的电磁环境，保证电子信息系统的正常工作。
风电机组的各个设备常常有金属箱体，同时箱体在运行过程中等电位连接及接地，这种设计也会起到一定的屏蔽作用。
4 结语
在未来风能产业的发展中，风电机的数量必将快速提升，风电机组的防雷措施将会成为风电机组发展过程中的重中之重，防雷技术也必将日趋先进。
参考文献：
[1]王莹，赵燕峰，袁乐.大型风电机组的防雷系统解析[J].风能，2014，（03）：92-96.
[2]康春华，张小青，王芳.风电机组的防雷问题[J].山西电力，2006，（06）：62-64.
[3]李锐.风电机组防雷标准对比及案例分析[J].风能产业，2016：7.
[4]李天密.风力发电机组的综合防雷[J].风能产业，2014：12.。