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|轉(zhuǎn)至：風(fēng)電頭條
風(fēng)電場是利用風(fēng)能發(fā)電的重要設(shè)施，隨著風(fēng)電的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機組的單機容量越來越大，為了吸收更多能量，輪轂高度和葉輪直徑也隨著增高，相對的也增加了被雷擊的風(fēng)險。
（資料圖：中船海裝）
雷電釋放的巨大能量會造成風(fēng)力發(fā)電機組葉片損壞、發(fā)電機絕緣擊穿、控制元器件燒毀等設(shè)備損壞，繼而導(dǎo)致發(fā)電停止并對電網(wǎng)造成影響，甚至還會導(dǎo)致火災(zāi)等嚴重后果，因此必須采取有效的措施防止雷擊事故的發(fā)生。
雷電的產(chǎn)生
空中的塵埃、 冰晶等物質(zhì)在大氣運動中劇烈摩擦生電以及云塊切割磁力線，在云層上下層分別形成了帶正負電荷的帶電中心，運動過程中當異性帶電中心之間的空氣被其強大的電場擊穿時， 就形成放電。
通常雷擊有三種形式， 直擊雷、 感應(yīng)雷、雷電侵入波 。
直擊雷
直擊雷指帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，它的電壓峰值通?？蛇_幾萬伏甚至幾百萬伏，主要危害建筑物、建筑物內(nèi)電子設(shè)備和人。
防避直擊雷通常都是采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或金屬物件作為接閃器，將雷電流接收下來，并通過作引下線的金屬導(dǎo)體導(dǎo)引至埋于大地起散流作用的接地裝置再泄散入地。
感應(yīng)雷
感應(yīng)雷分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種，靜電感應(yīng)是由于雷云接近地面，在地面凸出物頂部感應(yīng)出大量異性電荷所致。雷云與其他部位放電后，凸出物頂部的電荷失去束縛，以雷電波形式，沿突出物極快地傳播。
電磁感應(yīng)是由于雷擊后，巨大雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強大磁場所致。這種磁場能在附近的金屬導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電壓，造成對人體的二次放電，從而損壞電氣設(shè)備。
雷電侵入波
雷電侵入波是指落在架空線路上的雷，沿著線路侵入到變電站、配電室、生產(chǎn)車間或住宅內(nèi)，致使設(shè)備或人員遭受電擊。雷電在放電過程中，呈現(xiàn)出電磁效應(yīng)、熱效應(yīng)以及機械效應(yīng)，對建筑物和電氣設(shè)備有很大的危害性。
雷電對風(fēng)電機組的破壞
風(fēng)電機組一般安置在風(fēng)能資源比較好的復(fù)雜地形地帶，如曠野、山頂?shù)?，環(huán)境比較惡劣，特別是兆瓦級風(fēng)機的葉片高點甚至達100多米，特別容易被雷電擊中。因此，雷電災(zāi)害是威脅風(fēng)電機組安全運行和風(fēng)場效益的重要因素之一。
根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，德國、丹麥和瑞典等國由雷擊導(dǎo)致的風(fēng)力發(fā)電機損壞數(shù)量，每100臺平均每年3.9次到8次。數(shù)據(jù)顯示，在北歐的風(fēng)力發(fā)電機組中，每100臺每年有4-8臺遭受雷擊而損壞。
據(jù)國外早期統(tǒng)計的風(fēng)電機組各部件遭受雷擊的故障率來看，風(fēng)機中不同部件遭雷擊損壞的概率中，控制系統(tǒng)雷擊損壞占35-40%，其次是電氣系統(tǒng)、葉片和傳感器等。
隨著近年來安裝防雷裝置，控制系統(tǒng)的防雷保護已取得明顯的改善，而新生產(chǎn)的風(fēng)電機組最常見的損害的是葉片。據(jù)長期統(tǒng)計，雷擊造成的損壞中除了機械損壞之外，風(fēng)機中電氣控制部分包括：變頻器、過程控制計算機、轉(zhuǎn)速傳感器、測風(fēng)儀等，也經(jīng)常遭到損害。
風(fēng)力發(fā)電機組常見的雷電原因：
1. 風(fēng)機葉片和塔身的靜電積累
2. 風(fēng)機塔身高度，與周邊環(huán)境形成不同的場強
3. 風(fēng)機發(fā)電機低頻電磁輻射的電荷積累
從風(fēng)電機組防雷研究成果上看，對外部直擊雷防護，重點是放在改進葉片的防雷系統(tǒng)上；而對內(nèi)部的防雷，即過壓、過流保護，則由風(fēng)機廠家設(shè)計完成。 為了保護風(fēng)力發(fā)電機組，我們可以采取以下幾種防雷措施： 風(fēng)機內(nèi)部防雷保護系統(tǒng) 內(nèi)部防雷保護系統(tǒng)是由所有的在該區(qū)域內(nèi)縮減雷電電磁效應(yīng)的設(shè)施組成。主要包括防雷擊等電位連接、屏蔽措施和電涌保護等。塔架內(nèi)機組的各種電壓范圍的變壓器、控制模塊設(shè)置相應(yīng)保護水平的電源浪涌保護器；對于信號線纜則需要串聯(lián)相應(yīng)的信號浪涌保護器來抑制過電壓對線路的破壞。 安裝切除器防雷電 通過安裝切除器，可以在雷擊時將風(fēng)機電纜與電網(wǎng)斷開，避免損壞風(fēng)機設(shè)備。 新材料防雷電 在葉片上翼面復(fù)合材料中加入具有良好導(dǎo)電性能和比重輕的碳纖維，并在葉尖部位裝一個接閃器，通過電纜與葉片法蘭連接，再由輪轂通過塔架內(nèi)的接地線接入地網(wǎng)形成雷電通道( 如果通道中轉(zhuǎn)動部分導(dǎo)電性能不能達到導(dǎo)電要求，可以加裝導(dǎo)電滑環(huán)解決) 。當雷電擊中葉片時，強大的雷電流通過雷電通道瀉入大地，達到避雷效果，而不致使對葉片及其他設(shè)備造成損壞。 將風(fēng)場內(nèi)所有建筑工程基礎(chǔ)和地樁間利用導(dǎo)電截面積足夠的金屬導(dǎo)體連接為一體形成可靠的具有低電阻接地網(wǎng)，接地電阻越小越好。由于對地電阻小， 強大的雷電流能夠迅速散流到大地， 使設(shè)備不受強電流、 高電壓沖擊， 對被保護設(shè)備起到很好的防護效果。 在風(fēng)力發(fā)電機組電力電纜和通訊控制線線路上安裝避雷器， 就能把因雷電感應(yīng)而竄入電力電纜線、 信號傳輸線的高電壓限制在一定范圍內(nèi)，保證設(shè)備不被擊穿而達到防雷效果。 避雷防護蓋防雷電 對風(fēng)電機組的機艙部分安裝避雷防護蓋，減少雷擊的可能性。避雷防護蓋能夠吸引和引導(dǎo)雷電分散，避免雷電直接擊中敏感部位。 安裝雷電監(jiān)測系統(tǒng) 在葉片上嵌置光導(dǎo)纖維， 加上綜合配套的軟件， 對葉片的載荷、 溫度、 潛在斷裂及破壞、 雷電打擊等起到連續(xù)不間斷的全天候監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)雷電風(fēng)險很高，系統(tǒng)會及時地關(guān)閉風(fēng)機以保護設(shè)備。 防止靜電聚集 通過在機組上加裝靜電釋放裝置等方法能夠有效地排除風(fēng)電機組上的靜電，減少雷擊的可能性。靜電釋放裝置能夠及時將靜電釋放到大氣中，減少風(fēng)電機組周圍的電場變化。 定期維護和檢測 定期對風(fēng)電場的防雷設(shè)施進行維護和檢測，確保其正常運行。包括檢查避雷裝置的完好性，及時更換損壞的部件，保證其良好工作狀態(tài)。 停電保護 在雷電活動頻繁的天氣條件下，可以考慮臨時停電措施，以確保人員和設(shè)備的安全。及時關(guān)閉風(fēng)電機組，減少雷擊風(fēng)險。 綜上所述，可以通過安裝切除器、避雷針、接地網(wǎng)和雷電監(jiān)測系統(tǒng)等，有效地降低風(fēng)機受到雷擊的可能性，同時保護電網(wǎng)和設(shè)備安全運行。 （資料圖：明陽集團） 海上風(fēng)電機組處于最高位置的葉片最易遭受雷電的直接打擊，而且相對于內(nèi)陸，海上雷電更多，且環(huán)境更易腐蝕防雷裝置。因此在防雷設(shè)備的選擇上，在葉片尖端的接閃器宜選用有更大保護范圍，更強保護能力的不銹鋼預(yù)放電避雷針；對于高處的風(fēng)向標，塔架等也要設(shè)置完善的接閃裝置。 海上風(fēng)電機組可以采取以下幾種防雷措施： 葉片防雷 在葉片尖端和中部安裝有雷電接閃器，由一根70mm2傳導(dǎo)雷擊電流的電纜與葉片根部的觸點相連，并在葉片根部的觸點通過柔性電纜連接到輪轂。提供一個火花放電隙作為第二個泄流通道，放點隙不大于1mm。 機艙罩 機艙罩上部內(nèi)壁安裝有雷電屏蔽網(wǎng)，屏蔽網(wǎng)和機架連接，形成法拉第網(wǎng)，能夠有效地減少雷電感應(yīng)的電磁干擾，保護機艙內(nèi)部的電氣設(shè)備。 接地系統(tǒng)防雷 接地系統(tǒng)主要由接地電極、接地線和接地矩形網(wǎng)組成。通過將這些設(shè)備正確地連接在一起，可以將雷擊電流安全地傳送到地面，從而保護風(fēng)機設(shè)備及操作人員的安全。在接地系統(tǒng)中，接地電極的選型及站點的選址都至關(guān)重要，需要結(jié)合當?shù)氐牡刭|(zhì)條件和氣候環(huán)境來進行選擇和設(shè)計。 避雷針 相對于陸上風(fēng)電場，海上風(fēng)電場所遭受的雷擊風(fēng)險更大。因此，在海上風(fēng)電的防雷設(shè)計中，避雷針的使用尤為必要。避雷針一般安裝在風(fēng)機塔的頂部，它可以將空氣中的電場強度降低，促使雷電引向地面，從而減輕風(fēng)機設(shè)備所承受的雷擊壓力。避雷針的選型也需要考慮到風(fēng)場所在地的氣候條件及環(huán)境特點，以保障其防雷效果的可靠性。 直擊雷保護系統(tǒng) 直擊雷保護系統(tǒng)主要采取的措施有接閃器系統(tǒng)、引下線系統(tǒng)、等電位系統(tǒng)、接地系統(tǒng)等。感應(yīng)雷防護主要采取的措施有過電壓防護系統(tǒng)、電磁屏蔽系統(tǒng)等。 海上風(fēng)機防雷感應(yīng)雷防護系統(tǒng)主要過電壓防護系統(tǒng)和電磁屏蔽。過電壓防護系統(tǒng)就是通過避雷器多級能量泄流配合，保護電子和電氣設(shè)備的安全，并保護現(xiàn)場人員避免遭遇跨步電壓和接觸電壓。電磁屏蔽主要是取決于金屬機艙的屏蔽和導(dǎo)線的屏蔽。 海上風(fēng)機的機艙大部分為金屬構(gòu)造，利用金屬機艙構(gòu)成一個大型的屏蔽體，可以有效減少外部電磁場的侵入，從而保護電氣設(shè)備安全運行；風(fēng)電機組線路采用雙絞線、屏蔽線，以及穿金屬管金屬線槽等都會減小導(dǎo)線上的磁場，屏蔽層/金屬線管/線槽應(yīng)該兩端接地。
（資料圖：東方風(fēng)電）