大功率风力发电机组叶片的雷击分析与防雷系统设计

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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。

风轮叶片雷击分析

2006.11.28
2009.3.20
2009.7.24
2009.7.8
事故 7片HT/FD43遭雷击 10个HT/FD43叶尖接闪器处遭雷击
4片HT23.5，2片HT/FD43遭雷击 HT23.5叶片遭雷击，叶尖非工作面开裂 3片HT31遭雷击 HT23.5叶尖接闪器叶尖后缘开裂
定桨距叶片：25片/变桨距叶片：6片
9
1999 1473 1473 106
7
惠腾叶片轻微雷击事故
地点内蒙古朱日河广东石碑山
山东栖霞浙江括苍山山西右玉山东小黑山海南文昌
日期 2008.4.25 2007.11.1， 2008.8.20-2008.9.16， 2009.3.12，2009.5.3 2007.11.5，2008.12.18
叶片全绝缘并不减少被雷击的危险，而且会增加损害的次数。
多数情况下被雷击的区域在叶尖非工作面（或称吸力面）。
风机雷击率
德国风电部门对1992~1999年间风电机组雷击事故情况如下表所示。由表可见，多年以来德国风电场每 100台风机年雷击数基本维持在10%左右。另外，调查结果还表明，在所有引发风电机组故障的因素中，外部因素（如风暴、结冰、雷击以及电网故障等）占16%以上，其中雷击事故约占4%。
惠腾叶片雷击事故统计（截止2009年9月）
定桨
风机台数（片）
4445（13335）
轻微损伤叶片数（片） 25
轻微损伤（%）
0.0019
严重损伤叶片数（片） 18
严重损伤（%）
0.0013
变桨 2370（7110） 6 0.0008 6 0.0008
总的损失比例：0.0027%
轻微损坏：表面碳化

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。

浅谈风电叶片的雷击损坏维修及防雷改造

浅谈风电叶片的雷击损坏维修及防雷改造发表时间：2020-12-15T14:58:48.197Z 来源：《电力设备》2020年第29期作者：戴斌[导读] 摘要：风电叶片一旦遭雷击，则极易损坏，需及时得到有效地维修处理及改造优化，才能更好地确保风电叶片抗雷击能力得到增强。

（江西大唐国际新能源有限公司江西南昌 330000）摘要：风电叶片一旦遭雷击，则极易损坏，需及时得到有效地维修处理及改造优化，才能更好地确保风电叶片抗雷击能力得到增强。

鉴于此，本文主要围绕着风电叶片雷击损坏方面维修和防雷改造开展深入的研究和探讨，期望可以为更多技术人员提供有价值的参考意见。

关键词：雷击；风电叶片；防雷改造；损坏维修风电叶片实际运行期间，受雷击影响下内部构件极易受损，对此综合分析风电叶片雷击损坏方面维修和防雷改造，有着一定的现实意义和价值。

1、风电叶片的防雷系统缺陷及雷击损伤基本损伤特点1.1 在风电叶片的防雷系统缺陷层面从技术层面分析，叶片防雷综合系统早期并未经防雷系统试验验证。

难以从叶片出厂报告当中获取风电叶片内部的防雷系统具体接闪率，在一定程度上，叶片自身耐受超值即雷电流最高参数值。

接闪装置和引下线，属于叶片防雷综合系统核心装置。

在标称可耐受性首次200KA雷击叶片上面可了解到，经雷电流40KA情况下，接铝合金材料接闪装置，金属升华会产生，叶片表面处蒙皮温度升高后，会有损伤或者开裂现象产生[1]。

1.2 在雷击损伤基本特点层面风电叶片依照着实际损失特点主要包含着电气损伤、机械损伤。

无论是电气损伤，还是机械损伤，内含可修复性与功能性这两种不同损伤，下列为详细描述分析：一是，机械损伤即叶片受雷电接闪影响，结果与表面有机械损伤产生，包含着叶片断裂、蒙皮开裂、叶尖炸开等现象。

结合损伤程度，叶片严重炸裂即为功能损伤当中不可修复性；轻度者及蒙皮处开裂大部分因引下线位置电磁力层面因素而产生的叶尖开裂这一现象，从属可修复的损伤类型；二是，叶片电气损伤和机械损伤往往存在着较大差异性。

风力发电站防雷设计

风力发电站防雷设计一、防雷概述雷击防护的基本原理雷击防护：就是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地，是疏导，而不是堵雷或消雷。

正常采用的方法是采用提前放电避雷针或避雷针塔防护。

避雷针（或避雷带、避雷网、避雷针塔）、引下线和智能接地系统构成外部防雷系统，主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故；完整的防雷还包括内部防雷系统则是防止雷电和其它形式的过电压侵入设备中造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的，为了实现内部避雷，需对建筑物进出各保护区的电缆、金属管道等安装过电压保护器进行保护并良好接地。

A、多级分级（类）保护原则：即根据电气、微电子设备的不同功能及不同受保护程序和所属保护层确定防护要点作分类保护；根据雷电和操作瞬间过电压危害的可能通道从电源线到数据通信线路都应做多级层保护。

B、外部无源保护：在0级保护区即外部作无源保护，主要有提前放电避雷针（网、线、带）和接地装置（接地线、地极）。

保护原理：当雷云放电接近地面时，它使地面电场发生畸变。

在避雷针（线）顶部，形成局部电场强度畸变，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针（线）放电，再通过接地引下线，接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物免受雷击。

这是人们长期实践证明的有效的防直击雷的方法。

然而，以往一般认为用避雷针架空得越高越好（一般只按45度角考虑），且使用被动放电式避雷针，其反应速度差，保护的范围小以及导通量小。

根据现代化发展的要求，避雷针应选择提前放电主动式的防雷装置，并且应该从30度、45度、60度等不同角度考虑，安装，以做到对各种雷击的防护，增大保护范围以及增加导通量。

建筑物的所有外露金属构件（管道），都应与防雷网（带，线）良好连接。

风能是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生洁净能源。

风能发电为人与自然和谐发展提供了基础。

由于风力发电机组是在自然环境下工作，不可避免的会受到自然灾害的影响。

由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径随着增高，相对的也增加了被雷击的风险，雷击成了自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害，并且雷击对风电机组造成的危害主要有直击雷、感应雷、雷电波侵入、地电位反击等形式。

浅谈风电叶片的雷击损坏维修及防雷改造

浅谈风电叶片的雷击损坏维修及防雷改造摘要：中国是风力发电发展最快的国家，特别是2017年7月国家能源局正式发布了《国家能源局关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》，计划在2017年至2020年期间在全国建造新的风力发电设施，总发电量为110.41千兆瓦。

随着风力发电设施的迅速发展，风力发电系统的安全，特别是雷击的安全受到前所未有的关注，国内外的案例表明闪电是严重威胁风力发电设施安全的主要问题之一。

在高原、沿海和海洋等开阔地形条件下安装的风力发电机组的高度通常超过100米，叶片位于机组的最高位置，是最容易受到雷击影响的部件。

由于叶片的长度和重量、运输和更换困难以及维修费用高，雷击造成的停机时间和维修费用巨大。

因此，在叶片设计的早期阶段就考虑到了叶片的防雷问题，优化和有针对性的设计可以大大降低维护成本，提高风力发电阶段的运行可靠性。

关键词：风电叶片；雷击损坏；维修引言为响应国家“碳达峰，碳中和”的要求，风力发电得到迅猛发展。

由于风力发电场的特殊地理位置，风力发电机组的雷击事故突出，叶片是风力发电机组的最高组成部分，其防雷系统无法提供有效的保护，频繁的雷击事故严重威胁到风力发电场的安全稳定运行，因此需要优化系统设计叶片表面雷电风险分布是叶片防雷系统优化设计的基础。

对风电场运行数据进行统计分析和模拟计算是实现叶片表面闪电风险分布的两种有效方法。

但是，随着装机容量的增加，叶片长度加长，叶片闪电风险分布特性相应变化；风电场运行数据的统计分析方法不能有效支持叶片防雷系统的优化设计。

因此，迫切需要进行模拟计算，并研究风力发电机组叶片闪电风险的分布特征。

1防雷原理对于一般叶片，由于接闪器在叶片外表面，因此产生的上行链路指示灯发展最快，会优先与雷电下行先导汇合，接闪器会优先成功接闪，避雷针是机舱上的，雷击机舱才会通过避雷针导入大地，普通叶片是雷击大概率先击中叶片接闪点，再流经叶片接地线导入大地。

随着叶片运行时间的增加，叶片盘柜的绝缘性能逐渐降低，一些导体也在表面产生(例如，污染物、杂质和水溶液可以排出，碳纤维也可以导电)。

风轮叶片雷击损伤分析及防护设计优化

风轮叶片雷击损伤分析及防护设计优化付磊1熊秀1陈淳2（1、西安爱邦电磁技术有限责任公司西安市710000）（2、中材科技风电叶片股份有限公司北京市100000）前言风轮叶片是风力发电机组中最容易遭受雷击的部件，提高叶片的雷电防护效果是保证风力发电机组连续稳定运行的因素之一。

参考相应的标准，并根据实际情况，对叶片雷击损伤因素进行了分析，提出了一些可提高叶片的雷电防护效果的优化设计思路与方法。

关键词风力发电；风轮叶片；雷电防护0引言风能是世界上清洁能源利用中最具商业价值的能源，是未来可再生能源领域里重要一员。

目前，风力发电机组的装机量越来越大，与之相配套的叶片防雷技术的发展也在发展。

叶片防雷技术会影响风力发电机组的可靠运行，随着风力发电机组高度和叶片长度的增加，雷击风力发电机组和叶片的概率也会增长。

风轮叶片是风力发电机组中最容易遭受雷击的部件，其良好的防雷设计是保证风力发电机组连续稳定运行的决定因素。

1风力发电机组遭受雷击现状风电机组一般都设置地理位置较高的区域，由于周围缺少其他高大物体，因此它更容易吸引雷电。

另外，随着风场的开发，雷暴日较少的风场其装机已接近饱和，很多机组不得不安装在雷暴条件比较恶劣的地区。

从叶片雷击的损伤位置来看，叶片尖部区域更容易遭受雷击，从叶片切面来区分的话，后缘比前缘更容易遭受雷击。

从叶片受雷击的损坏程度来看，接闪器的损伤是最容易修复的；考虑叶尖区域的受力和结构特性，该区域的壳体损伤也相对容易修复；如果在叶片中部，雷击造成了引下线的损伤，就比较难修复了；更严重的雷击则会造成叶片本体大范围的损伤，叶片则需要整体更换。

2叶片防雷方式简介雷电防护的机理为接闪器定点引雷接闪、引下线导流。

现代的风轮叶片的防雷系统主要由叶尖接闪器、叶身接闪器、引下线系统组成。

发生雷击时通过接闪器接闪，然后通过叶片引下线系统传导至主机引下线系统，最后将雷电导入大地。

该方案是叶片防雷最通用的一种方法，其效果也得到了实际运行的验证。

浅析风力发电机组的防雷设计

浅析风力发电机组的防雷设计发布时间：2021-12-22T06:02:58.229Z 来源：《防护工程》2021年24期作者：李胤[导读] 风力发电已形成一个重要的新兴能源产业，而风力发电机组是整个风力发电厂的核心装置，运行中的风力发电机组，遭受雷击屡见不鲜，损坏设备，造成巨大损失，甚至危及人身安全。

本文从风电机组自身特点出发，通过阐述风力发电机组的外部防雷和内部防雷技术，为发电机组创造良好的运行环境，使风力发电机组雷电防护做到科学、有效。

李胤南阳市气象局河南南阳 473003摘要：风力发电已形成一个重要的新兴能源产业，而风力发电机组是整个风力发电厂的核心装置，运行中的风力发电机组，遭受雷击屡见不鲜，损坏设备，造成巨大损失，甚至危及人身安全。

关键词：风力发电；防雷设计，风力发电已形成一个重要的新兴能源产业，而风力发电机组是整个风力发电厂的核心装置，风力发电机组通常位于较高的、开阔的区域，致使风力发电机组的涡轮发电机通常暴露在外面，被雷电直接击中的概率是与该物体的高度的平方值成正比。

机身每个部件（开关柜、马达、驱动装置、变频器、塔身、接闪器等）是雷电放电的良好的附着点，被雷电击中，风力发电机组就成为雷电泄放的通道。

从附着点到大地，雷电流将流过任何阻抗最低的路径泄放入地。

因此，风力发电机组的防雷即是为雷电流提供一个低阻抗入地的路径，从而让雷电流避开风电机组的敏感部位，保证其正常安全运行。

1风电机组外部防雷保护风机的外部防雷保护系统由接闪器、引下线和接地系统三部分组成 [5] ，它的作用是防止雷击对风电机组结构的损坏以及火灾危险。

1.1外部防雷一般雷击风力发电机的落雷点是在风机的叶片，因此应预先布置在叶片的预计雷击点处以接闪雷击电流。

通过导电元件将闪电电流导向轮毂，避免电弧留在叶片内部。

大型风力发电机组防雷保护总述

大型风力发电机组防雷保护总述摘要：由于风力发电机组是在自然环境下工作，不可避免的会受到自然灾害的影响。

运行中的风力发电机组,遭受雷击屡见不鲜,损坏设备,造成巨大损失,甚至危及人身安全。

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其内部防雷设计的要点阐述。

关键词：风电机组雷击屏蔽电涌保护引言由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电是新能源产业中的重要组成部分，未来几年风电产业将成为国内的支柱产业，也将带动一批相关的上下游产业的高速发展，风电系统防雷也将成为重要的组成部分。

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随着增高，相对的也增加了被雷击的风险，雷击成了自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。

雷电释放的巨大发电机绝造成风力发电机组叶片损、控制元器件烧毁等。

风机的防雷是合性的防雷工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风机在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风机内的各种设备不受损害等。

1、雷电对风电机组的危害雷电对风电机组的危害风力发电机通常位于开阔的区域,而且很高,所以整个风机是暴露在直接雷击的威胁之下,被雷电直接击中的概率是与该物体的高度的平方值成正比。

兆瓦级风力发电机的叶片高度达到150m以上,因此风机的叶片部分特别容易被雷电击中。

风机内部集成了大量的电气、电子设备,可以说,我们平常用到的几乎每一种电子元件和电气设备,都可以在一台风电机组中找到其应用,例如开关柜、马达、驱动装置、变频器、传感器、执行机构,以及相应的总线系统等。

这些设备都集中在一个很小的区域内。

毫无疑问,电涌可以给风电机组带来相当严重的损坏。

2、雷电的破坏形式设备遭雷击受损通常有4种情况,一是,设备直接遭受雷击而损坏;二是,雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入设备使其受损;三是,设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位“反击”而损坏;四是,设备因安装的方法或安装位置不当,受雷电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。

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。

风力发电机组叶片雷击损伤及防护措施

风力发电机组叶片雷击损伤及防护措施马磊(三峡新能源施甸发电有限公司云南保山678200)摘要：近几年新建的风电场大多数都选址在高山上，地形复杂，雷暴日较多，随之而来的是风力发电机组叶片受雷击的风险也进一步加大。

叶片在风电机组中位置最高，是雷击的首要目标，是最容易受到雷击损伤的部件，因此叶片是整个风电机组防雷保护的重点。

对此，该文就风力发电机组叶片雷击损伤的机理及防护措施进行简单的分析，并提出一些可供参考的意见与措施。

关键词：风力发电机组叶片雷击防护中图分类号：TM315文献标识码：A文章编号：1672-3791(2022)01(a)-0051-04 Lightning Damage of Wind Turbine Blade and Its ProtectiveMeasuresMA Lei(Three Gorges New Energy Shidian Power Generation Co.,Ltd.,Baoshan,Yunnan Province,678200China) Abstract:In recent years,most of the newly-built wind farms are located on high mountains,with complex terrain and more thunderstorm days,followed with the further increase of the risk of lightning stroke on the blades of wind turbines.The blade is the highest position in the wind turbine,which is the primary target of lightning stroke and the component most vulnerable to lightning damage.Therefore,the blade is the focus of lightning protection of the whole wind turbine.In this paper,the mechanism and protective measures of lightning damage to wind turbine blades are briefly analyzed,and some suggestions and measures for reference are proposed.Key Words:Wind turbine;Blade;Lightning strike;Protect雷击是对风电机组安全稳定运行危害最大的一种自然灾害。

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。

叶片防雷设计报告

叶片防雷设计报告1概述1.1风机的防雷特点电闪雷鸣释放的巨大能量，会造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁……1.1.1一般雷击率在年均10雷电日地区，建筑物高度h与一般雷击率n的关系见表1。

1.1.2环境风力发电特点是：风机分散安置在旷野，大型风机叶片高点（轮毂高度加风轮半径）达60～70 m，易受雷击；风力发电机组的电气绝缘低（发电机电压690 V、大量使用自动化控制和通信元件）。

因此，就防雷来说，其环境远比常规发电机组的环境恶劣。

1.1.3严重性风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资60%以上。

若其遭受雷击（特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击），除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。

丹麦LM公司资料介绍：1994年，害损坏超过6%，修理费用估计至少1 500万克朗(当年丹麦装机540 MW，平均2.8万克朗/MW) 。

按LM 公司估计，世界每年有1%～2%的转轮叶片受到雷电袭击。

叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖是容易被修补的，但少数情况则要更换整个叶片。

雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故。

所以，雷害是威胁风机安全经济运行的严重问题。

1.2叶片防雷研究雷击造成叶片损坏的机理是：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。

美国瞬变特性研究院用人工电晕发生器，在全复合材料的叶片做雷击试验，高电压、长电弧冲击（3．5 MV，20 kA）加在无防雷设置的叶片上，结论是叶片必须加装防雷装置。

TACKE公司设计了玻璃钢防雷叶片（图1），叶片顶端铆装一个不锈钢叶尖，用铜丝网贴在叶片两面，将叶尖与叶根连为一导电体。

铜丝网一方面可将叶尖的雷电引导至大地，也防止雷击叶片主体。

丹麦LM公司于1994年获得叶片防雷的科研项目，由丹麦能源部资助，包括丹麦研究院雷电专家、风机生产厂、工业保险业、风电场和商业组织在内，目的在于调查研究雷电导致叶片损害，开发安全耐用的防雷叶片。

风电机组雷击损伤分析与防护

风电机组雷击损伤分析与防护摘要：风能越来越被认为是清洁的可再生能源。

中国的风力发电储量庞大，分布广泛，风力发电正在迅速发展，成为仅次于欧洲、美国和印度的世界主要市场之一。

随着风力发电自主能力的提高，风力发电塔越来越高。

此外，大型风力发电机通常安装在开阔的山区或山区，这增加了它们闪电的可能性。

例如，对风力涡轮机的防雷设计给予了相当大的关注。

本文将介绍机组雷电的特点和叶片及轴承部件雷电的破坏机理，探讨机组直接雷击的防护措施。

关键词：风能；风力发电机；雷电防护；措施分析；前言由于风力发电机所处的地理位置和建筑结构，闪电撞击的可能性增加，从而使闪电成为影响风力发电机安全运行的一个重要因素。

应根据风力发电机的特点和风力发电场的实际情况来考虑风力发电机的防雷问题。

根据综合管理、全面防御、多重保护和分层保护的原则，雷击防护系统的工程设计应采用防雷和防雷电磁脉冲法，以减少直接闪电和灵敏闪电对风力单位的影响。

一、风力发电机组雷击特性1.雷击部位风力发电一般建在沿海地区、高山等由于其独特的结构，它们很容易在该国不同地区的不同情况下引起风暴。

根据调查数据和使用滚动球法进行的研究，受闪电影响的风力发电机的主要组成部分是叶片、风球、电力系统、控制系统(轴承、舱)和发电机。

2.雷击概率分析在国外进行的研究表明，闪电对风力发电机的影响率如下:叶片(15-20%)、电力系统(15-25%)、控制系统(40-50%)和发电机(5%)。

从图1的几何角度来看，当单位高度和叶片长度增加时，沿单位滚珠丝杠产生的空间照度会增加和增加，从而增加闪电撞击单位的可能性。

由于叶片位于不同的空间位置，因此单位空间的照度曲面也会发生变化。

研究表明，叶片的单位高度和长度与闪电的概率直接相关，叶片的倾斜对单位闪电的概率有重大影响。

国外实验数据表明，当一个刀片直接向上滚动时，被闪电击中的可能性最大，另外两个刀片正好在两侧。

图1显示了正上方的叶片，通过左侧和右侧叶片的最外侧点与地面上的两个点相切，形成了一个曲面。

风电叶片的雷击损坏维修及防雷改造

风电叶片的雷击损坏维修及防雷改造庄严全国风力机械标准化技术委员会IEC TC88/SAC TC50前言：随着风电整机出质保的比例不断增加，机组、叶片因雷损失的比例也不断扩大。

2014年业主统计发下按有200余只叶片损坏，其中因雷损失比例高达80%。

造成目前叶片因雷损失比例增高的主要原因是叶片防雷设计基本没有进行雷击设计验证、叶片防雷系统有效接闪率低、接闪器设计冗余不足导致的。

本文将对叶片的因雷损失进行分析，并提出一种针对既有叶片的防雷改造方案。

关键词：叶片防雷有效接闪率雷击导流器1.叶片防雷系统的缺陷叶片防雷是一个近年逐渐被提及的问题，早期对于叶片厂、业主而言很少会提及叶片的防雷问题，主要原因在于装机总量低，因雷导致的叶片损坏比例小。

而随着全国装机总量的不断突破，装机密度的不断增加，雷电灾害引起的防雷问题，逐渐得到了业主、叶片厂和行业的重视。

早期的叶片主要被国外企业所控制，对于国外企业的叶片防雷系统设计耐受水平较低，并不适用与高雷暴活动区域。

主要原因在于：以欧洲为代表的叶片制造企业所处的为主均泉流雷电活动较低的地区，年均雷暴活动密度不足每平方公里5个闪电（地闪），这个数据从德国和丹麦多年雷击统计可以发现，在德国和丹麦多年统计的雷击数据总量不如我国一年发生雷击总量；在这种气候条件背景下，国外的叶片防雷设计一直处于较低的耐受水平。

而对于国内，我国多数地区属于强雷暴活动区域，加之装机密度高，单位区域的雷电活动比例远远高于国外，因此，采用较低防雷耐受水平的产品在国内必然会出现水土不服的问题，叶片因雷损坏率高就说明了这个问题。

其次，从技术从面上看，早期的叶片防雷系统并没有进行防雷系统的实验验证。

无法从叶片的出厂报告中获知叶片防雷系统的有效接闪率是多少,叶片可耐受的超值雷电流峰值是多少。

任何应用于风电行业的产品都是经过试验验证的，而最为重要部件的叶片防雷系统却很少听到有那个厂家做过叶片的雷击试验验证。

这就导致了行业中叶片防雷系统有效接闪率低下、防雷系统无效的现状。

_风电机组叶片雷电损伤机理及防护方法研究

电离，从而使金属片上方的空气变为等离子体，雷电电压损伤结果，图 4（a）是防雷铝网试验时的雷电流波形图，
足够高达到导流条的击穿电压时，所有独立的等离子区域峰值电流为 -193.644kA，能量为 9358.09kJ/Ω，电荷量为
继续发展，相互连接在一起，在导流条上方形成一条等离 103.61A•s（C），满足 IEC61400-24 标准规定的雷电流要求；
延性雷电防护金属网是为了解决碳纤维叶片和除冰叶 ABEMM-Cu820 铜网的截面积不足以传导 200kA 的雷电流。
片防雷问题而开发的新方法。随着碳纤维复合材料在叶片上 ABEMM-Cu820 防雷铜网，要传导 200kA 雷电流需增加金
的应用，由于碳纤维也是导体，会成为雷电附着点，因此，属网的宽度。
在我国，根据最近几年雷电监测网的资料显示，每年大约要移（Q）和雷击电流脉冲陡度（di/dt）。通常正雷击有较高
发生 1300 万次左右的云地闪电。在现代生活中，闪电仍然的 I、Q 和 W/R，而负雷击有最高的 di/dt。根据 IEC61400-
威胁着人类生命财产的安全，对航空、航天、通信、风电、 24 标准的规定，一个标准的雷电流波形一般由短时冲击
损伤机理进行分析，介绍了几种不同防雷机理所对应的防雷方法，以便在不同防雷需求条件下选择最合适防雷方法。同时，对目前国内新兴的碳纤维叶片，也给出了防雷方案以及该方案需要考虑的工艺问题。
10％
i(t1)
O1 t1 T1 t2
t
T2
图1 短时冲击电流波形（O1视在原点，I为峰值电流，i为电流，t为
图 5 是 ABEMM-Cu820-100 防雷铜网在 200kA、10MJ/

风电机组的雷击机理与防雷技术

风电机组的雷击机理与防雷技术1引言随着人们对可再生能源利用价值认识的提高，以及风电机组制造、控制和其它相关技术的不断进步，风力发电在近十几年来的发展非常迅速，到2001年底全世界的风电总装机容量已超过24GW[1]。

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。

影响风电场安全运行的因素很多，其中遭受雷击是一个非常重要的方面。

随着单机容量的增大，风电机组的塔筒越来越高，再加上大型风电机组一般安装于开阔地带或山地，因此风电机组遭受雷击的概率也较大。

以德国风电场遭受雷击的情况为例。

德国风电部门对近年来该国风电机组的故障情况进行了统计，其中1992~1999年间风电机组雷击事故情况如表1所示[2]。

由表可见，多年以来德国风电场每100风机年的雷击数基本维持在10 %左右。

另外，调查结果还表明，在所有引发风电机组故障的因素中，外部因素（如风暴、结冰、雷击以及电网故障等）占16 %以上，其中雷击事故约占4%。

由于雷电现象具有非常大的随机性，因此不可能完全避免风电机组遭受雷击，只能在风电机组的设计、制造和安装过程中，采取防雷措施，使雷击造成的损失减到最小。

本文从雷电发生的机理和雷击过程入手，对风电机组的防雷技术进行了阐述分析。

2 雷击损坏机理雷电现象是带异性电荷的雷云间或是带电荷雷云与大地间的放电现象。

风电机组遭受雷击的过程实际上就是带电雷云与风电机组间的放电。

在所有雷击放电形式中，雷云对大地的正极性放电或大地对雷云的负极性放电具有较大的电流和较高的能量[3,4]。

雷击保护最关注的是每一次雷击放电的电流波形和雷电参数。

雷电参数包括峰值电流、转移电荷及电流陡度等。

风电机组遭受雷击损坏的机理与这些参数密切相关。

（1）峰值电流当雷电流流过被击物时，会导致被击物温度的升高，风电机组叶片的损坏在很多情况下与此热效应有关。

热效应从根本上来说与雷击放电所包含的能量有关，其中峰值电流起到很大的作用。