同为科技（TOWE）关于风力发电雷电防护的解决方案

风能作为一种可再生清洁能源，是国家新能源发展战略的重要组成部分。我国风能开发潜力高达2.5×10³GW以上，近年来风力发电机组逐年增加，截止到2022年，全国风电装机容量约3.5亿千瓦，同比增长16.6%。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，采取恰当的防雷措施对于保护风力发电机组的安全运行至关重要。

同为科技（TOWE）始于2001年，是国内从事防雷产品的研制、生产与销售，并提供防雷工程的设计、改造与施工等服务的专业厂家和品牌。同为科技（TOWE）拥有一批专业的技术人员、完备的检测手段、齐全的防雷产品线，获得包括防雷工程设计、施工在内的ISO9001质量体系认证，并获得了国家甲级防雷工程专业设计、施工资质证书。经过22年的不懈努力，同为科技（TOWE）的防雷客户已遍布全国，涉及各个行业，其中在风能、光伏等新能源行业防雷项目中拥有整套防雷改造经验，受到广大用户的一致好评。

1.风力发电防雷设计依据

风力发电防雷工程主要依据的设计标准主要有：

（1）《IEC61400-24风力发电系统防雷保护》定义和描述了风机防雷保护装置及其应用；（2）《GL指导文件IV-1风力发电系统》：此为风机安装、测试和认证的标准，该标准也包含了对风机雷电防护的具体要求，故而也是风机防雷保护的基础性文件；（3）《IEC62305 雷电防护》：具体规定了防雷保护装置的性能指标；（4）《GB 50343-2012》：建筑物电子信息系统防雷设计规范；

（5）《GB 50057-2010》：建筑物防雷设计规范。

目的：（1）保护叶片免受直击雷影响；

（2）保护主轴承、齿轮轮齿不受传递雷电流而受到损坏。

2.风电系统雷电灾害分析

由于风机处于一个暴露的位置，其遭受雷击的概率很高。风机内部集成了大量的电气，电子设备，例如：开关柜，马达，驱动装置，变频器，传感器，以及相应的总线系统等。这些设备集中在一个狭小的区域里，雷击、浪涌都会给风机机组带来严重的损坏。保障这些电气装置的正常工作是非常重要的，雷电流耦合或开关操作引起的过电压在这些装置上都会导致严重损坏，引起整个风机的停机。

3.风电系统的防雷方案

风电机组的防雷设计主要包括接闪和引下、浪涌保护器的使用、等电位连接、防雷的接地设计等。

3.1 叶片、机航、塔架防雷

风电机组中，风机叶片的最高点即为风机最高点，当有雷暴发生时，最易受到雷击，如我国海南东方风电场因雷击造成的风机叶片损坏率达高达 5.56 片/（百片·年）。当前风机叶片的表面材料大多是玻璃纤维，属于绝缘体，若雷电击中叶片时，无法将强大的雷电流迅速传走，则雷电产生的强大的热作用和机械作用将直接作用于叶片上而将其损坏。

因此，需要在叶片上安装易于接闪、抗机械和热损伤能力强，并易于拆卸的接闪器。风机叶片的接闪器一般是在叶片表面安装若干组铜质圆盘（直径为 150-200mm）或不锈钢圆盘（直径范围为50-80cm），每组接闪圆盘是在叶片的正反两面各安装一只。当雷电袭来时，接闪圆盘接闪之后雷电流通过引线及轮毂将其传到塔筒。塔筒的金属结构可充当导体，将雷电流引入风机的接地装置散入大地。

值得注意的是，由于生产塔筒过程中在搭接时存在缝隙大、搭接面偏离等问题，以塔筒做导体导雷在泄放雷电流时会产生拉弧现象，以塔筒当导体时，需使用较大面积的电缆进行跨接。此外，当雷电出现在机舱的尾端时，就会超出叶片防护区域，可能使机舱内的电气设施和设备被雷击破坏，故而需要在其尾部设置一接闪短杆，再经由引下线和接地装置把雷电流引入地下进行散流，从而起到防雷电的效果。

3.2 风电系统的接地装置

风力发电系统一般建设的场地环境为土壤电阻率高、分散性强，无法通过降阻剂、换土等方法应对。为保证风力发电系统建设与运行的经济性和安全性，一般是在塔筒基础周围设置环形接地装置，既可以防止瞬间过电压造成的风机电子电器设备的损坏，还可以防止跨步电压造成的人员伤害。目前，我国风电场接地体使用的导体材料基本都为镀锌钢，埋置在地下0.5m以下，接地装置和基础钢筋进行至少四处连接。

3.3 风电浪涌保护器的使用

浪涌保护器可以抑制因雷电引起的信号线路间、电源与接地的金属管线之间的高电位差，能够把进入信号传输线和电力线的瞬时过电压控制在其能承受的电压范围内，同时把过大的雷电流泄流到大地，以防止设备和系统遭受破坏。风电机组的防雷应根据GB50343标准规定安装合适的浪涌保护器，一般安装一、二、三共三级浪涌保护器。同为科技（TOWE）风电浪涌保护器针对风力发电系统690V/600V/400V电涌防护，产品规格齐全，与其他TOWE产品配合一起，可构成对风力发电系统进行全面、完善的雷电防护系统。

3.4 风电机组的的等电位链接

为了防止风电机组内部的设备和系统间在雷击时出现危险的电位差，在桨叶与轮毂间，轮毂与机舱间、机舱和塔筒间、尾舵和水平轴间、机舱内和塔筒底部进行等电位连接，以保证操作人员和线路及设备的安全。桨叶与轮毂间，轮毂与机舱间、机舱和塔筒间、尾舵和水平轴间的等电位连接，是用螺栓连接法兰、其他部分采用焊接和铆接的方式进行连接，最终将上述各部件连成一个电气整体，以使雷电流快速的通过引下装置进入风机的接地系统。

机舱内的等电位连接，是在机舱内设置一个与机舱底座相连的总体等电位接地排，将各种金属管、槽、机架、机柜、线缆的金属屏蔽层、电子电器设备的金属外壳、机舱的接闪引下线、电涌保护器的接地端等全部连接到总等电位接地端子板上；桨叶接闪引下线经过金属滑环连接到机舱底座上。

总之，风电场是一个整体，其防雷设计既需要考虑每个机组内部的防雷，如桨叶、机舱、轮毂及电子电气系统的防雷，又要有总体设计思路，这样才能有更好的经济效益和防雷效果。在实际操作中，还需根据不同的环境条件和实际需求选择合适的防雷设备和方案，确保风电机组的可靠性和稳定性。