风轮叶片雷击分析
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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%。
统计年
风机台数/台
总风机年数/ 台·年
雷击数/次
每100风机年中雷 击数/%
1992 741 575 58 10
1993 1058 898
79 9
1994 1329 1185 149
13
1995 1475 1409 120
9
1996 1521 1500
70 5
1997 1509 1504 111
7
1998 1490 1489 127
2008-8-23 2008-6-2，2009-8-18
2008-7-8
2009-7-13
2009-3-28
2009-5-6
2009-6-2
2009-4-13
2009-7-24
事故及处理方法 HT34叶尖遭雷击，现场维修 6个HT/FD43叶尖遭雷击，其中2个叶尖更换
5个HT/FD43叶尖遭雷击，其中3个叶尖更换
影响发电量
因风机受雷击损坏不同部位所影响的发电 量（丹麦）见下表
修理费用
用在修复受雷击损坏的风机上的费用（德 国）见表
通过上述统计资料分析，可以认为：
德国、丹麦统计数据说明风机遭雷击概率高； 安装在高山的风机，比在低地和海边更容易受雷
击； 控制系统损坏率最高，是雷害薄弱环节，电气系
我国风力发电机组防雷和过电压保护（包括地电阻值）标 准需要完善，这是风力发电机组产业化和风电场建设急需 解决的问题。
地域不同的雷电活动有所差别，我国北方和南方的雷电活 动强度也不一样。如上所列的丹麦和德国雷害统计资料对 我国很有参考价值，但是，他们都是雷电活动少的北欧地 区，在我国将来的规范标准中，应该考虑到地域的不同、 我国北方和南方的差别等。
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
HT38叶尖处遭雷击，现场维修 2个HT23.5叶尖遭雷击，其中一个叶尖更换 HT24叶尖遭雷击，更换 1.3MW叶尖，返厂维修 HT34叶尖处遭雷击，现场维修 HT38叶尖处遭雷击，现场维修 3片HT34叶尖处遭雷击，现场维修 RH23.5叶尖处遭雷击，现场维修 HT23.5叶尖，更换
定桨距叶片：18片/变桨距叶片：6片
轻微损坏：后缘开裂
严重损坏： 击穿
严重损坏：后缘开裂
严重损坏：壳体分裂
雷击地区分布
德国1992～1995年雷击地区分布数据见下表。 可见，安装在高山的风机，比在低地和海边更 容易受雷击。
受雷击损坏部位
德国和丹麦风机受雷击损坏部位数据见下表
影响利用率
德国和丹麦因风机受雷击损坏造成损失的 天数见下表
惠腾叶片严重雷击事故
地点 内蒙古朱日河Байду номын сангаас广东石碑山
黑龙江木兰
东汽河北黄骅 承德红松 张家口康保 黑龙江穆棱 内蒙古达里 内蒙古化德 内蒙古辉腾希勒 内蒙古翁牛特孙家营子 山东小黑山
日期
2007-8-18 2007-10-22，2008-7-5， 2008-10-19，2009-1-6， 2009-5-16 2006-8-31，2008-5-29， 2008-8-29，2009-7-7， 2009-7-9
统和发电机损坏概率也不低 ，说明雷电造成的过 电压必须引起重视； 叶片损坏造成损失电量最多、修理费用最大； 我国多雷地区会更严重。
防雷标准及地电阻要求
现代的雷电保护，可分为外部雷电保护和 内部的雷电保护两部分。按照IEC1024-1标 准，以雷电5个重要参数，确定保护水平分 I～IV级
风轮叶片雷击分析
中航惠腾风电设备股份有限公司
背景介绍
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120m以 上，易受雷击。
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，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。
防雷标准及地电阻要求
外部直击雷的保护设计
一般风机的外部雷击路线：叶片上的接闪 器→导引线→叶根处的金属法兰盘→机舱 主机架→塔架引下线→接地网引入大地。
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。
分析及结论
雷害是威胁风力发电机组安全生产和风场效益的严峻问题。 风力发电机组的外部直击雷保护，重点应放在改进叶片和 整个系统的防雷保护上。
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
按LM公司估计，世界每年有1%～2%的风轮叶片 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。
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
叶片雷击损坏机理
雷击造成叶片损坏的机理主要有两个方面：一是 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；二 是雷击造成的巨大声波，对叶片结构造成冲击破 坏。
1999 1473 1473 106
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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%。
统计年
风机台数/台
总风机年数/ 台·年
雷击数/次
每100风机年中雷 击数/%
1992 741 575 58 10
1993 1058 898
79 9
1994 1329 1185 149
13
1995 1475 1409 120
9
1996 1521 1500
70 5
1997 1509 1504 111
7
1998 1490 1489 127
2008-8-23 2008-6-2，2009-8-18
2008-7-8
2009-7-13
2009-3-28
2009-5-6
2009-6-2
2009-4-13
2009-7-24
事故及处理方法 HT34叶尖遭雷击，现场维修 6个HT/FD43叶尖遭雷击，其中2个叶尖更换
5个HT/FD43叶尖遭雷击，其中3个叶尖更换
影响发电量
因风机受雷击损坏不同部位所影响的发电 量（丹麦）见下表
修理费用
用在修复受雷击损坏的风机上的费用（德 国）见表
通过上述统计资料分析，可以认为：
德国、丹麦统计数据说明风机遭雷击概率高； 安装在高山的风机，比在低地和海边更容易受雷
击； 控制系统损坏率最高，是雷害薄弱环节，电气系
我国风力发电机组防雷和过电压保护（包括地电阻值）标 准需要完善，这是风力发电机组产业化和风电场建设急需 解决的问题。
地域不同的雷电活动有所差别，我国北方和南方的雷电活 动强度也不一样。如上所列的丹麦和德国雷害统计资料对 我国很有参考价值，但是，他们都是雷电活动少的北欧地 区，在我国将来的规范标准中，应该考虑到地域的不同、 我国北方和南方的差别等。
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
HT38叶尖处遭雷击，现场维修 2个HT23.5叶尖遭雷击，其中一个叶尖更换 HT24叶尖遭雷击，更换 1.3MW叶尖，返厂维修 HT34叶尖处遭雷击，现场维修 HT38叶尖处遭雷击，现场维修 3片HT34叶尖处遭雷击，现场维修 RH23.5叶尖处遭雷击，现场维修 HT23.5叶尖，更换
定桨距叶片：18片/变桨距叶片：6片
轻微损坏：后缘开裂
严重损坏： 击穿
严重损坏：后缘开裂
严重损坏：壳体分裂
雷击地区分布
德国1992～1995年雷击地区分布数据见下表。 可见，安装在高山的风机，比在低地和海边更 容易受雷击。
受雷击损坏部位
德国和丹麦风机受雷击损坏部位数据见下表
影响利用率
德国和丹麦因风机受雷击损坏造成损失的 天数见下表
惠腾叶片严重雷击事故
地点 内蒙古朱日河Байду номын сангаас广东石碑山
黑龙江木兰
东汽河北黄骅 承德红松 张家口康保 黑龙江穆棱 内蒙古达里 内蒙古化德 内蒙古辉腾希勒 内蒙古翁牛特孙家营子 山东小黑山
日期
2007-8-18 2007-10-22，2008-7-5， 2008-10-19，2009-1-6， 2009-5-16 2006-8-31，2008-5-29， 2008-8-29，2009-7-7， 2009-7-9
统和发电机损坏概率也不低 ，说明雷电造成的过 电压必须引起重视； 叶片损坏造成损失电量最多、修理费用最大； 我国多雷地区会更严重。
防雷标准及地电阻要求
现代的雷电保护，可分为外部雷电保护和 内部的雷电保护两部分。按照IEC1024-1标 准，以雷电5个重要参数，确定保护水平分 I～IV级
风轮叶片雷击分析
中航惠腾风电设备股份有限公司
背景介绍
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120m以 上，易受雷击。
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，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。
防雷标准及地电阻要求
外部直击雷的保护设计
一般风机的外部雷击路线：叶片上的接闪 器→导引线→叶根处的金属法兰盘→机舱 主机架→塔架引下线→接地网引入大地。
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。
分析及结论
雷害是威胁风力发电机组安全生产和风场效益的严峻问题。 风力发电机组的外部直击雷保护，重点应放在改进叶片和 整个系统的防雷保护上。
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
按LM公司估计，世界每年有1%～2%的风轮叶片 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。
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
叶片雷击损坏机理
雷击造成叶片损坏的机理主要有两个方面：一是 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；二 是雷击造成的巨大声波，对叶片结构造成冲击破 坏。