一、概述：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的材質(zhì)、組成、安裝方式?jīng)Q定了其必會受到雷電的侵害，由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來越大，為了吸收更多能量，輪轂高度和葉輪直徑隨著增高，風(fēng)機(jī)的高度和安裝位置決定了它是雷擊的首選通道，而且風(fēng)機(jī)內(nèi)部集中了大量敏感的電氣、電子設(shè)備，一次雷擊帶來的損壞將是非常大的。因此，必須為風(fēng)機(jī)內(nèi)的電氣、電子設(shè)備安裝完整的防雷保護(hù)系統(tǒng)。通過安裝防雷保護(hù)裝置，設(shè)備得到了保護(hù)，維護(hù)和維修費用降低，并且可以提高設(shè)備正常工作的時間。從效率方面考慮，應(yīng)該從風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計階段就考慮其防雷保護(hù)的問題，這樣就可以避免日后的昂貴的維修費用和改造工程。只有可靠工作的設(shè)備才能讓投資盡快收回。也只有如此，才能讓更多的潛在投資者接受這一系統(tǒng)。

二、雷電形成的原因：
   空中的塵埃、冰晶等物質(zhì)在云層中翻滾運動的時候，經(jīng)過一些復(fù)雜過程，使這些物質(zhì)分別帶上了正電荷與負(fù)電荷。經(jīng)過運動，帶上相同電荷的質(zhì)量較重的物質(zhì)會到達(dá)云層的下部（一般為負(fù)電荷），帶上相同電荷的質(zhì)量較輕的物質(zhì)會到達(dá)云層的上部（一般為正電荷）。這樣，同性電荷的匯集就形成了一些帶電中心，當(dāng)異性帶電中心之間的空氣被其強(qiáng)大的電場擊穿時，就形成“云間放電”（即閃電）。

 

帶負(fù)電荷的云層向下靠近地面時，地面的凸出物、金屬等會被感應(yīng)出正電荷，隨著電場的逐步增強(qiáng)，雷云向下形成下行先導(dǎo)，地面的物體形成向上閃流，二者相遇即形成對地放電 。這就容易造成雷電災(zāi)害。 

雷電的主要特點有：

1 、 雷電流變化梯度大： 雷電流變化梯度大， 有的可達(dá) 1 0 千安/ 微秒；
2 、 時間短： 雷擊分為三個階段， 即先導(dǎo)放電、 主放電、 余光放電， 整個過程一般不會超過 6 0 微秒；

3 、 沖擊電流大： 其電流高達(dá)幾萬- 幾十萬安培；
4 、 沖擊電壓高 強(qiáng)大的電流產(chǎn)生的交變磁場， 其感應(yīng)電壓可高達(dá)上億伏。 通常雷擊有三種形式， 直擊雷、 感應(yīng)雷、 球形雷。

 

三、風(fēng)機(jī)防雷措施：
    設(shè)備遭雷擊受損通常有四種情況， 一是直接遭受雷擊而損壞； 二是雷電脈沖沿著與設(shè)備相連的信號線、 電源線或其他金屬管線侵入使設(shè)備受損； 三是設(shè)備接地體在雷擊時產(chǎn)生瞬間高電位形成地電位“反擊” 而損壞； 四是設(shè)備安裝的方法或安裝位置不當(dāng)， 受雷電在空間分布的電場、 磁場影響而損壞。 

    由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片高度較高， 葉片成了最易受直接雷擊的部件， 其他部件遭感應(yīng)雷和球形雷破壞的風(fēng)險也相應(yīng)增加 。 葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最昂貴的部件之一， 大部分雷擊事故只損壞葉片的葉尖部分， 少量的毀損壞整個葉片。 雷擊造成葉片損壞主要有兩個方面： 一方面是雷電擊中葉尖后，釋放大量能量， 強(qiáng)大的雷電流使葉尖結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度急驟升高， 水分受熱汽化膨脹， 從而產(chǎn)生很大的機(jī)械力， 造成葉尖結(jié)構(gòu)爆裂破壞， 嚴(yán)重時使整個葉片開裂。另一方面雷擊造成的巨大聲波， 對葉片結(jié)構(gòu)造成沖擊破壞。 還有一點值得關(guān)注的是雷擊一般是擊中葉片上翼面。 有關(guān)變電站和輸電線路的防雷技術(shù)已經(jīng)比較成熟， 在此略過。 本文在此主
要探討風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷問題。 經(jīng)過對雷擊特點的研究分析， 提出以下幾點經(jīng)濟(jì)可靠的綜合性防雷措施：
1、利用新材料防雷電
針對雷電對設(shè)備的破壞特性， 試驗證明降低被擊物體結(jié)構(gòu)內(nèi)部阻抗， 對地形成通路就可以免遭雷擊破壞。 根據(jù)這一特性， 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(dá)到導(dǎo)電要求， 可以加裝導(dǎo)電滑環(huán)解決) 。 當(dāng)雷電擊中葉片時，強(qiáng)大的雷電流通過雷電通道瀉入大地， 達(dá)到避雷效果， 而不致使對葉片及其他設(shè)備造成損壞。 這樣實際上葉片成了引雷針， 將周圍的雷電引來并提前放電， 因此應(yīng)特別注意雷電通道阻抗要非常小， 連接導(dǎo)線要有足夠?qū)щ娊孛婕傲己玫膶?dǎo)電性， 接地網(wǎng)一定要保證盡量小的阻抗值。

2、利用地網(wǎng)防雷電
    利用避雷網(wǎng)防雷電將風(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(qiáng)大的雷電流能夠迅速散流到大地， 使設(shè)備不受強(qiáng)電流、 高電壓沖擊， 對被保護(hù)設(shè)備起
到很好的防護(hù)效果。
3、利用防雷器防雷電
    防雷器又稱電涌保護(hù)器， 在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電力電纜和通訊控制線線路上安裝防雷器， 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(dá)到防雷效果。 另外， 因為通訊較脆弱、 抗干擾能
力較差， 為避免雷電帶來影響， 建議風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)的通訊聯(lián)系使用光纖傳輸。
4、利用新技術(shù)監(jiān)測雷電
    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， 并提供適時的預(yù)警或維修警告， 而無需停機(jī)檢查， 對風(fēng)機(jī)實行優(yōu)化運營與使用， 以提高運行的可靠性
和延長葉片壽命。 
    

四、總結(jié)：

雷電的破壞力非常大，入侵設(shè)備的方式也很復(fù)雜，只有根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的防雷措施才能降低設(shè)備被雷擊的危險。