风力发电机组的气象防雷保护
风电机组的防雷保护分析
风电机组的防雷保护分析摘要：近年来我国风电厂建设规模提升较快，风电厂的安全运行对于风电能源的使用具有直接影响。
本文从风电机组雷击破坏原理和具体形式分析入手，探讨了风电机组防雷保护的原则与具体措施。
关键字：风电机组，防雷保护1 引言现阶段开发技术最先进，开发规模最大的可再生能源是风能，风电能源已经成为我国新能源产业中不可缺少的组成部分。
我国风电机组的装机容量逐年提升，大直径叶轮建设规模不断提升，同时能够在复杂环境中应用的风电机组研制速度加快，使得我国风电机组在海上、高原、丘陵及平原地带广泛建设。
雷电释放过程会对风电机组造成巨大的损害，其中包括叶片损坏、控制元器件损毁、绝缘击穿等。
分析风电机组的防雷保护，对于保证风电机组在雷雨天气时的正常运行，提升风电机组的安全运行效率具有重要意义。
2 雷电对于风电机组的破坏原理雷电是带电荷雷云与大地之间的强烈放电现象，而雷电对于风电机组的破坏，可理解为带电雷云和风电机组之间的放电现象。
分析风电机组的防雷保护，最重要的是科学判断雷击放电过程中的雷电参数和电流波形，与风电机组破坏关系最密切的包括峰值电流和电流陡度等。
统计雷电破坏对于风电机组的影响，主要表现为以下4种形式，首先是设备直接遭雷击而造成损坏，其次是雷电产生的能量沿着设备中的信号线或电源线侵入内部，导致元器件损坏，再次是接地设备在雷击时遭遇瞬时高电压而损坏，最后由于设备的安装不当，容易受到雷击电场或磁场的影响，导致元器件灵敏度失调。
（1）峰值电流。
当雷击电流经过风电机组时，会导致风电机组温度急剧上升，内部元器件容易在热效应的作用下损坏。
进一步分析热效应强度，主要是与雷电释放的能量大小有关，这其中最核心的参数就是峰值电流。
与此同时，当雷电能量流经风电机组时，会产生较大的电磁力，部分情况下会导致叶片等弯曲断裂。
（2）电流陡度。
风电机组在遭受雷击的过程中经常会造成控制系统或电子器件损坏，其主要原因是存在感应过电压。
风电机组的防雷和防雷标准
风电机组的防雷和防雷标准邱传睿1、引言风电作为高效清洁的可再生能源，一问世就受到各国高度重视，我国是较早利用风力发电的国家，到现在为止，总装机容量已经排在亚洲第一、全球第三的位置，而发展速度名列世界前二。
风场高速发展的同时，风电机组的雷害也日益显露，因此风电机组的防雷被问题摆到了风电研发人员的面前。
风力资源丰富的风场往往处于高海拔和远离城市的地区及荒郊，风场中的风电机组容易遭受直接雷击。
目前MW级的大功率的风电机成为风场的主机型，大功率风电机的风塔高度已经超过120m，是风场中最高大的构筑物，在风电机组的20年寿命期内，总会遭遇到几次雷电直击。
最初，我国的风电场从年平均雷电日较少的新疆和内蒙开始发展，那时都是450kW级以下的风力机，因此雷害并不突出，但是，今后我国风机要设置在苏北沿海、华南，甚至将离岸设置，同时我国将发展2.5MW级以上的风机，风力机的雷害问题引起了有关方面的高度重视，中国风能协会叶片专业委员会于2009年9月在肇庆召开的年会，将叶片的防雷作为一个重要问题进行了研讨，说明风力机的防雷得到大家的重视。
国际电工委员会IEC第88工作委员会（IEC TC 88）在编制风电机组系列标准IEC 61400时，编制了一个技术报告（TR），作为IEC 61400系列标准的24部分，于2002年6月出版。
当时，标准编制工作组想为这个相对年经的工业提供雷电和防雷的知识。
因此，在IEC 61400-24中提供了一些风力机雷害的背景资料，也提供了最实用的防雷指导。
在几年的实践中证明了编制工作组编制的该技术报告对防止和减少风电机组的雷害是有效的。
在IEC 61400-24问世后不久，风电工业迅速的向大功率风力机发展，并且技术更加成熟，市场更加繁荣。
同时雷害的问题比2002年以前更加复杂和日益突出。
因此有必要有一个作为风电机组防雷标准的文件供风电行业人员使用。
这样，将IEC 61400由技术报告（TR）升级为技术标准（TS）便顺理成章提到议事日程上来了。
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。
风力发电机的防雷知识
风力发电机的防雷知识
风力发电机为什么要做雷电防护?雷击发生时，闪电电流通过风力发电机组件传导至地面，由于风力发电机位于疾风区，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，再加上风力发电机安装地点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，因此，对风电机组件采取防雷措施是非常必要的。
那么，风力发电机雷电防护内容是什么呢?目前国际上还没有专门针对风力发电的雷电防护标准，只能参照IEC61024-1、IEC61024-1-2、IEC61312-2、IEC61312-3、IEC61312-4和IEC61312-5等标准的相关内容，通过对风机内机械、传动、电气和电子系统的屏蔽、等电位连接、浪涌保护器(SPD)和氧化锌避雷器，过压保护器，接地装置，人为的把雷击造成的损坏降到可接受的水平。
风力发电机组防雷保护策略综述
风力发电机组防雷保护策略综述摘要：风电机组的防雷保护由于电气和机械特性而提出了许多问题。
本文以一种简单而全面的方式整理有关目前保护风电机组的现有工作，并提出可能有助于未来保护风电机组免受雷击造成的重大损失的建议。
关键词：雷击，风电机组接地，高压输电线路，防雷，浪涌一、概述目前，在世界上的103个国家，风力发电被用于民用和工商业用电。
风能是世界上增长最快的可再生能源之一。
然而，由于它们的物理尺寸，风电机组特别容易遭受雷击。
因此，本文梳理了有关防雷保护的已知信息，并提出了一些改进建议。
二、风电机组尺寸与雷击的关系在岸上和近海地区的规模继续增加。
众所周知，较大的风电机组被闪电击中的可能性较大。
然而，对于这些设备的保护和增加的高度和离岸安装的综合影响，人们明显缺乏专业知识。
考虑到额定功率，目前大规模应用的单机容量从0.25kW-4500kW不等。
风力发电机的功率输出主要取决于风速、涡轮额定功率和转子直径。
如果转子直径增加，塔架的高度也会增加。
随着风电机组整体高度的持续增长，它们变得越来越容易受到雷击。
三、防雷保护的现状与标准目前风机所采用的防雷系统由防雷点、导线、接地系统和各子系统的浪涌保护装置组成。
采用低阻抗路径是进行防雷工作的前提条件。
外部防雷系统，由以下部分组成：转子叶片中的空气终止和向下导体系统、保护机舱的空气终止系统、上层建筑，机舱，和轮毂。
外部防雷系统用于拦截塔上的直击雷击，包括雷击，并将雷电电流从撞击点引导到地面。
机舱的构造应成为防雷系统的组成部分，以确保闪电击中金属部件；或者在机舱上提供空气终止系统。
对于涂有玻璃纤维增强塑料或类似材料的机舱，应配备空气终止系统并在机舱周围形成笼。
该保护系统基于国际标准IEC61400-24和IEC62305。
防雷系统的所有子部件都应符合IEC61400-24规定的防雷等级(LPL-1)，除非风险分析建议采用较低的LPL-1等级。
内部防雷系统，转子叶片广泛使用的防雷方法是一种能够承载雷电电流的内部避雷导体。
风力发电机组的综合防雷技术措施
风力发电机组的综合防雷技术措施发布时间：2022-08-17T07:32:52.208Z 来源：《福光技术》2022年17期作者：傅永安[导读] 风能作为一种清洁无污染的能源，其利用风力发电所产生的能源成为现阶段我国发展过程中的重要一部分。
而风力发电则需要使用到风力发电机组，风力发电机组的使用过程中却容易受到雷电的危害。
作为风力发电厂的核心装置，对于风力发电机组的保护十分重要。
发电厂在进行生产计划制定的过程中必须要加强风力发电机组的综合防雷，由此来为风力发电机组创造较好的运行环境，避免雷电事故的出现影响到发电厂的整体经济效益以及生产秩序。
傅永安国华（哈密）新能源有限公司新疆哈密 839000摘要：风能作为一种清洁无污染的能源，其利用风力发电所产生的能源成为现阶段我国发展过程中的重要一部分。
而风力发电则需要使用到风力发电机组，风力发电机组的使用过程中却容易受到雷电的危害。
作为风力发电厂的核心装置，对于风力发电机组的保护十分重要。
发电厂在进行生产计划制定的过程中必须要加强风力发电机组的综合防雷，由此来为风力发电机组创造较好的运行环境，避免雷电事故的出现影响到发电厂的整体经济效益以及生产秩序。
关键词：风力发电机组；综合防雷技术措施1雷击所造成的电力危害以及雷击损坏的机理 1.1雷击所造成的电力危害雷击所造的危害是多方面的，其电力方面的危害主要体现在以下几方面，分别是降低效益、损坏设备以及影响供电等方面。
在降低效益方面，主要是从电力行业发展的整体状况而言，雷击会给风力发电机组带来安全生产方面的危害，一旦发生雷击，往往会造成人员安全以及设备安全方面的问题，这就在一定程度上降低了电力企业的经济效益，增加了风力发电的成本。
损坏设备一般指的是严重性的损坏，一般雷击的电流较小时只会对发电机组的表面造成损坏，但雷击电流过大时便会损坏到风力发电机组的内部线路连接，这就很大程度上阻碍了机组的正常运行，也破坏了电力系统的性能。
风力发电机组防雷措施
风力发电机组防雷措施引言：风力发电是一种可再生能源形式，被广泛应用于现代能源领域。
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，采取合适的防雷措施对于保护风力发电机组的安全运行至关重要。
本文将详细介绍风力发电机组的防雷措施。
一、风力发电机组雷电灾害的危害雷电灾害对风力发电机组的危害主要体现在以下几个方面：1. 直接打击：雷电直接击中风力发电机组的叶片、塔架等部件，造成严重损坏。
2. 感应效应：雷电产生的电磁场会感应在风力发电机组内部的电缆和设备上，导致设备烧毁。
3. 浪涌效应：雷电产生的浪涌电流会通过电缆进入风力发电机组内部，对设备产生瞬态过电压，损坏电子元器件。
4. 地电位效应：雷电击中地面会产生地电位效应，进而通过地线进入风力发电机组系统，对设备造成损害。
二、风力发电机组防雷措施为了减少雷电灾害对风力发电机组的影响，需要采取以下防雷措施：1. 雷电监测系统安装雷电监测系统可以及时监测雷电活动，根据监测结果采取相应的防护措施。
雷电监测系统可以通过测量电场和磁场强度，以及监测雷电频次和雷暴活动距离等参数，实现对雷电活动的实时监测和预测。
2. 避雷针系统在风力发电机组的塔顶和叶片上安装避雷针系统，可以有效地引导雷电击中。
避雷针系统一般由导线、导线支架和接地装置组成，通过将雷电引导到接地装置上，减少雷电对风力发电机组的直接打击。
3. 接地系统良好的接地系统是防止雷电灾害的重要手段。
风力发电机组的各个部件（包括塔架、叶片、发电机、变压器等）都需要进行接地处理，以保证雷电通过接地系统安全地流入地下。
4. 防雷装置在风力发电机组的电气系统中安装合适的防雷装置，可以有效地降低雷电对设备的影响。
常见的防雷装置包括避雷器、浪涌保护器、瞬态电压抑制器等，它们能够吸收或抑制雷电产生的过电压，保护设备免受损坏。
5. 电磁屏蔽风力发电机组的电缆和设备应采用合适的电磁屏蔽措施，减少雷电感应效应对设备的影响。
风力发电机组的综合防雷技术措施研究
风力发电机组的综合防雷技术措施研究风力发电机组是一种利用风能转换为电能的设备，是清洁能源的代表之一。
由于其工作环境特殊，长期处于高空、开阔的地区，加上通常所处的区域会有雷电活动，风力发电机组容易受到雷击，造成设备损坏、停机维修等问题。
针对风力发电机组的综合防雷技术措施的研究显得尤为重要。
一、风力发电机组的雷击风险分析1. 风力发电机组工作环境特殊，通常设于高空、开阔的地区，易受雷击影响。
2. 风力发电机组多为金属结构，对雷击的感应和传导作用较强。
3. 风力发电机组损坏将导致停机维修，严重影响发电效率和设备寿命。
1. 地面防雷系统（1）建立完善的地面防雷系统，通过铜排或钢杆将雷电传导至地面，减轻对设备的影响。
（2）在风力发电机组周围设置避雷带，将雷电感应到的电荷引导至大地，避免设备直接受到雷击。
2. 绝缘保护措施（1）在风力发电机组关键部位设置绝缘保护装置，防止雷击电流直接传导至设备内部。
（2）采用高压绝缘技术，增强设备的绝缘能力，减少雷击对设备的影响。
3. 避雷装置（1）在风力发电机组顶部设置避雷装置，将雷电感应到的电荷释放至大气中，减轻对设备的影响。
（2）选择符合国家标准的避雷装置，确保其稳定可靠，有效避免雷击对设备造成损害。
4. 线路保护措施（1）设计合理的风力发电机组线路布置，减少线路受雷击的可能性。
（2）采用优质的线路材料，提高线路的抗雷击能力，避免雷击对线路的影响。
5. 防雷材料应用（1）采用具有良好的防雷性能的材料，如金属氧化物避雷器材料、聚合物防雷材料等，加强设备的防雷能力。
（2）对设备表面进行特殊涂层处理，提高设备的防雷能力和耐候性。
1. 提高设备的稳定性和可靠性，减少因雷击而导致的设备损坏和停机维修，保障风力发电机组的正常运行。
2. 减少维修次数和维修成本，延长设备寿命，降低风力发电成本。
3. 提升风力发电机组的抗雷击能力，保障设备和人员的安全。
风力发电机组的综合防雷技术措施的研究对于保障风力发电设备的正常运行和持续发电具有重要意义。
风电场防止风电机组雷击事故措施
风电场防止风电机组雷击事故措施风电场是利用风能发电的重要设施，但由于其高处位置和金属结构等特点，容易成为雷击的目标。
雷击风电机组可能导致设备损坏、发电停止甚至火灾等严重后果，因此必须采取有效的措施防止雷击事故的发生。
以下是一些常见的措施：1.雷电监测系统：在风电场周围建立雷电监测系统，通过实时监测雷暴活动情况，以提前预警风电机组和人员，确保安全转避。
2.超高大风避雷装置：安装超高大风避雷装置，可大大降低风电机组被雷击的概率。
该装置采用棒状闪络绳、金属网和接地装置等，构成一个良好的避雷网，能够吸引雷电并将其引入地下。
3.接地系统的建设：准确设计和建设风电机组的接地系统，确保接地电阻低于一定标准。
接地系统能够将雷电引入地下，以保护风电机组设备免受雷击。
4.避雷针/避雷网：在风电机组的周围安装避雷针或避雷网，以降低雷击的可能性。
避雷针通过尖端放电，将雷电引导到地下，避免了对风电机组的伤害。
5.避雷防护盖：对风电机组的机舱部分安装避雷防护盖，减少雷击的可能性。
避雷防护盖能够吸引和引导雷电分散，避免雷电直接击中敏感部位。
6.防止静电聚集：有效地排除风电机组上的静电，减少雷击的可能性。
可以通过在机组上加装静电释放装置等方法来实现。
静电释放装置能够及时将静电释放到大气中，减少风电机组周围的电场变化。
7.高压装置的防护：电力设备和输电线路等高压装置容易成为雷击的目标，必须采取相应的防护措施。
可以通过安装避雷针、避雷网等设施，建立有效的接地系统，保护高压装置免受雷击。
8.定期维护和检测：定期对风电场的防雷设施进行维护和检测，确保其正常运行。
包括检查避雷装置的完好性，及时更换损坏的部件，保证其良好工作状态。
9.停电保护：在雷电活动频繁的天气条件下，可以考虑临时停电措施，以确保人员和设备的安全。
及时关闭风电机组，减少雷击风险。
总之，为了防止风电机组的雷击事故，必须采取一系列的措施，包括建立雷电监测系统、安装避雷装置和避雷网、做好接地系统、保护静电聚集、维护和检测等。
风力发电机组的综合防雷技术措施研究
风力发电机组的综合防雷技术措施研究
随着风力发电技术的快速发展，风力发电机组的防雷技术也成为了研究的热点之一。
在风力发电场中，风力发电机组经常会受到雷击的影响，从而可能导致风力发电机组的损
坏甚至引发火灾。
研究风力发电机组的综合防雷技术措施具有重要的理论和实际意义。
风力发电机组的综合防雷技术措施包括外部和内部两个方面。
在外部方面，应该优化
风力发电机组的布置，避免高雷电密度区域，特别是高耐雷区域。
还应加强对风力发电机
组周围的植被和建筑物等的防雷保护，以降低雷击对风力发电机组的干扰。
在内部方面，首先需选择合适的雷电防护设备，如避雷针和避雷网等，以确保风力发
电机组在雷电环境中运行时的安全性。
还需对风力发电机组的内部电气设备进行防雷处理，如对电缆进行防雷绝缘处理，以提高风力发电机组的抗雷击能力。
风力发电机组的综合防雷技术措施还需要考虑不同气象条件下的防雷效果。
由于气象
条件的不同，雷击形式和强度也会有所不同。
在不同气象条件下，需要调整风力发电机组
的防雷措施，以提高其在不同气象条件下的防雷能力。
风力发电机组的综合防雷技术措施还需要结合实际的运行情况进行优化。
通过实际运
行的数据分析，可以了解风力发电机组在不同情况下受到雷击的频率和强度，从而针对性
地进行综合防雷技术措施的优化和改进。
还可以通过远程监控系统对风力发电机组进行实
时监测，及时发现雷击问题并采取相应的措施，以确保风力发电机组的安全运行。
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
➢ 风电机组采用TN方式供电系统,可以较好的保护风机电 气系统及人员的安全.
➢ TN系统,T：系统中有一点一般是电源的中性点直接接 大地,称为系统接地System Earthing；N：用电设备的 外壳经保护接地即PE线Protecting Earthing conductor与系统直接接地点连接而间接接地,称为保 护接地Protective Earthing.意思就是风力发电机组 宜设一共用接地装置,供所有接地之用对于其他原因必 须分开装设的接地装置,应采取等电位连接,连到共用 接地装置上.
风力发电机的防雷与接地
内部防雷过电压保护系统
风力发电机的防雷与接地
内部防雷过电压保护系统
依据是否可能发生直击雷,雷电流的幅值以及相关 电磁场情况,国际电工委员会对防雷过电压保护的 防护区域划分为：LPZ0 区LPZ0A、LPZ0B,LPZ1 区 ,LPZ2 区.
风力发电机的防雷与接地
内部防雷过电压保护系统
雷击造成的巨大声波,对叶片结构造 成冲击破坏
风力发电机的防雷与接地
研究表明,物体被雷电击中时,雷电流总是会选择传导性最 好的路径.故针对雷电的这一破坏特性,可以在被击设备内 部构造出一个低阻抗的对地导电通路,这样就可以使设备 免遭雷击破坏.这一原理是整个叶片防雷措施的基础,并且 贯穿于整个风力发电机的防雷系统中.
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
鉴于雷击无法避免的 特性,风力发电机组的 防雷重点在于雷击时 如何迅速将雷电流引 入大地,尽可能减少由 雷电引入设备的电流, 最大限度地保障设备 和人员安全,使损失降 低到最小程度.
对于风力机而言,直接 雷击保护主要是针对 叶片、机舱、塔架防 雷,而间接雷击保护主 要是指过电压保护和 等电位连接.
风力发电机组的防雷技术
风力发电机组的防雷技术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。
风力发电机雷电防护
风力发电机雷电防护区域 的划分
LPZ 1 可选择SPD保护设备，存在电涌破坏的危险，电磁场由于 可选择SPD保护设备，存在电涌破坏的危险，电磁场由于 屏蔽作用已经减弱。 这类区域包括：轮毂内部；机舱电控柜内部；发电机接线 盒内部；照明系统；机舱与塔筒的线缆；塔筒内部；箱式 变电站内部； LPZ 2…n 电涌破坏进一步减弱，电磁破坏影响更小 2… 这类区域包括：变桨控制箱内部；塔基控制柜内部；箱式 变电站开关柜内部；
图（8 图（8）机架接地点示意图
等电位连接
机舱柜 门和侧板使用6mm 门和侧板使用6mm2的电缆进行跨接。 控制柜带有一个可靠的外部接地点，这一点通过35mm2的 控制柜带有一个可靠的外部接地点，这一点通过35mm2的 电缆与机架接地点进行最短距离连接。控制柜外部接地点 如图（9 如图（9）所示。
发电机定子与变频柜接地连接采用240mm 发电机定子与变频柜接地连接采用240mm2电缆。 变频器与塔内接地环采用240mm 变频器与塔内接地环采用240mm2接地电缆可靠相连，保证 变频器可靠接地。
等电位连接
齿轮箱机座与机架接地点相连。选用35mm 齿轮箱机座与机架接地点相连。选用35mm2接地电缆。齿 轮箱机座接地点如图（11）所示。 轮箱机座接地点如图（11）所示。
图（11）齿轮箱机座外部接地点 图（11）齿轮箱机座外部接地点
等电位连接
每节塔筒之间以及第一节塔筒与基础环的法兰处用三条 35mm2接地电缆相连。接地电缆在法兰处呈120度分布， 35mm2接地电缆相连。接地电缆在法兰处呈120度分布， 保证塔筒可靠电气连通。塔筒跨接示意图如图（12） 保证塔筒可靠电气连通。塔筒跨接示意图如图（12）
图（5 图（5）主轴接地示意图
外部防雷措施
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。
iec风电机组防雷标准
iec风电机组防雷标准
IEC风电机组防雷标准是指国际电工委员会（International Electrotechnical Commission）制定的关于风电机组防雷的标准。
该标准主要是为了保护风力发电机组免受雷击造成的损坏，并确保风力发电机组的安全运行。
IEC风电机组防雷标准包括以下几个方面：
1. 风力发电机叶片和塔筒的防雷设计：包括防雷装置的选择和安装位置、防雷线路的设计等。
2. 风力发电机组的接地系统：包括接地网的设计和安装、接地电阻的要求等。
3. 风力发电机组的内部防雷措施：包括电气设备的防雷保护措施、雷电冲击波的抑制等。
4. 风力发电机组的外部防雷措施：包括雷电感应电流的抑制、雷电击中的引导和分散等。
IEC风电机组防雷标准不仅适用于风力发电机组的设计和制造，也适用于其安装和运维过程中的防雷措施。
这些标准的实施可以有效地降低风力发电机组被雷击造成的损失，确保其可靠运行和安全性能。
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。
风力发电机组防雷保护探析
风力发电机组防雷保护探析摘要：随着社会的不断发展，国家的发电方式也在不断地改进。
风力发电是利用自然界的力量进行发电的，是符合国家可持续发展的。
对于风力发电机组的防雷是确保安全供电的措施。
关键词：风力；发电机组；防雷保护1.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直的物体上，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。
因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。
因被雷击中的概率与该物体高度的平方成正比，况且风力发电机几乎任何地方都可能成为雷击的附着点，当任一点被雷击中时，它都将成为雷电流泄放的通路。
风力发电机组的内部有很多的电子电气设备，比如控制柜、驱动装置、传感器、变频器、执行机构，以及相应的总线系统等。
风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资的60%以上，倘若遭到雷击，除了会损失在维修期间本应发电所得之外，还要负担被损坏部件的拆装和更新的巨大费用。
2.雷电放电的分类及其防护雷电放电通常可分为直击雷、感应雷、雷电侵入波和球形雷四种。
以下主要介绍直击雷和感应雷的雷电放电的防护。
（1）直击雷防护：是保护建筑物本身不受雷电损害，以及减弱雷击时巨大的雷电流沿着建筑物泄入大地时对建筑物内部空间产生的各种影响。
直击雷防护主要采用独立避雷针（矮小建筑物）。
建筑物防直击雷措施应采用避雷针、带、网，引下线，均压环，等电位和接地体等。
（2）感应雷的防护：措施是对雷云发生自闪、云际闪和云地闪时，在进入建筑物的各类金属管、线上所产生雷电脉冲起限制作用，从而保护建筑物内人员及各种电气设备的安全。
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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。
因被雷击中的概率与该物体高度的平方成正比，况且风力发电机几乎任何地方都可能成为雷击的附着点，当任一点被雷击中时，它都将成为雷电流泄放的通路。
风力发电机组的内部有很多的电子电气设备，比如控制柜、驱动装置、传感器、变频器、执行机构，以及相应的总线系统等。
设备遭雷击受损通常有4种情况，1.设备直接遭受雷击而损坏;2.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人设备使其受损;3.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;4.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。
虽然国际电工委员会（IEC）于2002年已经颁布了风电机组的防雷推荐标准（IEC/TR 61400-24），但该标准仅制定了一套设计导则[5]，只是用于雷电防护的一般情况，其内容多限于一般性和经验性的设计原则，但没有规定量化的设计条款和具体的实施细则，对雷电瞬态过程的防护措施设置尚不够规范[6]。
2.2雷电防护区域的划分雷电防护区域的提出是为了更好的保护风机系统里的电气部件。
风电机组系统利用半径30m的滚球法可以分为几个不同的区域。
雷电防护系统依据标准制定划分区域，目的是为了减少电磁干扰与可预见的藕合干扰。
国际电工委员会对防雷过电压保护的防护区域划分为：LPZO区（LPZA、LPZOB），LPZI区，LPZ2区.LPZ0A区有直击雷（绕雷）侵袭的危险，完全处在电磁场环境中，具有雷击电涌破坏的可能。
这个区域包括：叶片、机舱罩避雷针系统、塔架、架空电力线、风电场通讯电缆;LPZOB区没有直击的危险，但电磁场环境与雷电电涌没有任何减低[5]。
这类区域包括叶片加热部分、环境测量传感器、航标灯未平蔽的机舱内部、发电机、齿轮箱、冷却系统、传动系统、电气控制柜、传感器、电缆。
以上部位是遭受直击雷（绕雷）或不遭受直击雷，但电磁场没有衰减的部位。
LPZl区可选择SPD保护设备，存在电涌破坏的危险，电磁场由于屏蔽作用已经减弱。
这类区域包括机舱内、塔架内的设备如电缆、发电机、齿轮箱等。
LPZ2区电涌破坏进一步减弱，电磁破坏影响更小。
这类区域包括塔架内电气柜中的设备，特别是屏蔽较好的弱电部分。
3 防雷和过电压保护设计3.1风力发电机组的雷电接受和传导途径雷电由在叶片表面接闪电极引导，由雷电引下线传到叶片根部，通过叶片根部传给叶片法兰，通过叶片法兰和变桨轴承传到轮毂，通过轮毂法兰和主轴承传到主轴，通过主轴和基座传到偏航轴承，通过偏航轴承和塔架最终导入接地网。
3.2外部直击雷的保护设计叶片：叶片防雷系统包含接闪器和敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导引线.雷电接闪器是一个特殊设计的不锈钢螺杆，装置在叶片尖部，即叶片最可能被袭击的部位，接闪器可以经受多次雷电的袭击，受损后也可以更换。
雷电传导部分在叶片内部将雷电从接闪器通过导引线导入叶片根部的金属法兰，通过轮毂、主轴传至机舱，再通过偏航轴承和塔架最终导入接地网。
叶片防雷系统的主要目标是避免雷电直击叶片本体，而导致叶片本身发热膨胀、迸裂损害。
3.3機舱机舱主机架与叶片、机舱顶上避雷棒连接，再连接到塔架和基础的接地网。
避雷棒用作保护风速计和风标免受雷击，在遭受雷击的情况下将雷电流通过接地电缆传到机舱上层平台，避免雷电流沿传动系统的传导。
机舱上层平台为钢结构件，机舱内的零部件都通过接地线与之相连，接地线尽可能地短直。
3.4塔架及引下线专设的引下线连接机舱和塔架，减轻电压降，跨越偏航环，机舱和偏航制动盘通过接地线连接，因此，雷击时将不会受到伤害，通过引下线将雷电顺利地引入大地。
3.5接地网接地网设在混凝土基础的周围[3]。
接地网包括1个50平方毫米铜环导体，置在离基础地下1 m 处;每隔一定距离打入地下镀铜接地棒，作为铜导电环的补充;铜导电环连接到塔架 2 个相反位置，地面的控制器连接到连接点之一。
有的设计在铜环导体与塔基中间加上两个环导体，使跨步电压更加改善。
如果风机放置在高地电阻区域，地网将要延伸保证地电阻达到规范要求。
一个有效的接地系统，应保证雷电入地，为人员和动物提供最大限度的安全，以及保护风机部件不受损坏。
日本学者利用时域有限差分法对于机组的含接地环的接地体进行了电磁暂态的分析，并得出了环形电极对机组防雷保护的基本特性[7]，[8]。
3.6内部防雷（过电压）保护系统为了预防雷电效应，对处在机舱内的金属设备如：金属构架、金属装置、电气装置、通信装置和外来的导体应作等电位连接，连接母线与接地装置连接。
汇集到机舱底座的雷电流，传送到塔架，由塔架本体将雷电流传输到底部，并通过接入点传输到接地网。
3.7等电位汇接和隔离风速计、风标和环境温度传感器在机舱内一起等电位接地;机舱的所有组件如避雷针、主轴承、发电机、齿轮箱和液压站等以合适尺寸的接地带，连接到机舱主框作为等电位;主空开进线电缆接地线与控制柜、变压器和电抗器在塔底接地汇流排上作等电位连接;地面开关盘框由一个封闭金属盒，连接到地等电位。
在机舱上的处理器和地面控制器通信，采用光纤电缆连接;对处理器和传感器，分开供电的直流电源。
4雷电响应4.1 叶片的雷电暂态响应首先雷电流从叶片顶端注入，电流源波形为10/350畔，雷电流幅值为lOOkA。
上图4-1，所示为雷电流注入风机时叶片上雷电流波形。
从图中可以看出叶片上的雷电流波形和10/350%雷电流波形走势是大体相同的，只不过雷电流波形发生了一定的振荡，这是因为电网络结构是由电感和电容组成的，电路本身的自振频率，使得部分的高频电流会通过电路，从而使叶片上通过的电流出现振荡，另外EMTP软件中在求解这种暂态电路是利用梯形积分法来求解的，会放大高频电流的影响，这样也会使得电流出现振荡。
下图是雷电流从桨叶上注入，其上的电压抬升情况的数值计算的仿真。
在此是将桨叶平均分为四段，将桨叶上分段结点由上往下依次标号为结点a、b、c，d、e，那么其上各节点的电压波形如下图4-2。
可以看出雷电一旦击中风机叶片会有几十甚至几百千安的电流通过，相应的桨叶壳体上的电压最大抬升可达几兆伏，由于桨叶内部是空心的机械结构，那么当电压增加到一定的程度时，桨叶内空气承受不住瞬间的这种高电压，就会叶片的壳体内发生电压反击，从而产生电弧，对叶片造成机械损害。
另外，为了更好地反映叶片遭受雷击时，其上的电压分布情况，本文通过对叶片上的各节点的电压取平均值，绘制出了各结点电压平均值在叶片本体上的变化曲线。
本文中机组的桨叶长度为40m，其中上图中横坐标轴为零时，此时对应的是桨叶最端的结点电压，那么横坐标为40时，所对应的是桨叶最下端的电压。
从上图4-3可以看出：雷电流在桨叶往下传播时，其上的电压下降了 1.25%左右。
虽然叶片的壳体由玻璃纤维（GRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）等高电阻率的材料组成，但在这么强大的雷电流作用下就很容易产生导电路径，在叶片上出现的放電通道可能有三条，即叶片壳体外表面、内表面和壳体材料叠层交界处。
在一次雷电放电中，这三种放电路径并不一定只有一个，也可能雷电流在这三种路径之间来回跳变重复发生，并且在此期间时常伴有电弧的出现，弧道温度一般高达几万摄氏度，这么高的温度会严重烧毁壳体材料，同时高温会使叶片内部产生高压力冲击波，对叶片造成机械损伤（出现叶片裂缝，严重时导致叶片断裂）。
因此，对叶片的电压数值计算是非常必要的，现在，国际上对于风机叶片的防雷保护通常采用IEC-1024-1的I级保护水平设计，一般在叶片尖部嵌装圆盘形接闪器，接闪器与设置在叶片内部并跨接叶片全长的引下导体作电气连接，其目的就是为了雷电流能顺利的通过叶片，减少对叶片的损伤。
随着风电机组单机容量增大，叶片长度在增加，对于长度大于20m的叶片来说采用单接闪器加内置引下线措施通常已不再可靠，为此，现在较为实用的做法是在叶片上加装多个接闪器，这样可以大幅度地改善防雷装置对雷电下行先导的拦截性能，减小叶片表面非接闪器部位的雷击概率。
目前这种做法巳经在MW 级的机组上投入使用。
4.2轴承的雷电暂态响应在机组叶片受雷击接闪后，雷电流由叶片根部传导到机舱主轴，流过主轴的雷电流又会通过轴承导入到下面的塔体上。
而在这一过程中，轴承是最易受到雷电流损害的部件。
当有强大的雷电流通过轴承时，雷电流很容易在轴承处的间隙发生油膜放电，产生电弧灼烧轴承，很有可能使轴承表面的部分金属发生熔化，产生灼烧斑点，这样会造成轴和轴承工作时，大大加大两者之间的机械磨损，噪声增大，明显缩短工作寿命。
在文献[1]中提出了简单轴承模型注入雷电流的试验，试验中得出了通过的雷电流幅值与轴承损伤面积之间的关系，如下图从上图中可以看出：在轴承所受机械负荷一定的情况下（即轴与被测轴承之间接触面积一定），最大损伤面积总是随着注入电流的增大而增大，几乎是一个正比例增长的关系;在注入电流一定的情况下最大损伤面积随着轴承所受机械负荷的增大而减小。