近年来,由能源引起的环境污染问题备受关注,大力发展可再生新能源成为当今时代能源大方向,而风能凭借自身的优势进入了高速发展阶段。随着风电机组装机容量与高度的增加,其安全运行问题受到广泛关注。其中,雷电灾害是威胁风机正常工作的重要原因之一。目前风电行业的防雷保护设计发展较为缓慢,尚未有一套成熟有效的防护标准。因此,开展风电机组的雷电暂态效应研究具有重要理论意义和工程价值。本文针对机组关键部件建模并分析雷电作用下的暂态电位,并基于此为机组的防雷保护设计提出相关建议。首先,在雷电理论研究的基础上,确定本文选用Heidler函数模型为雷电流模型;然后结合风电机组本身结构特点与雷电特性,将机组各个部件等效为电路网络。其中桨叶与接地系统等效电路由若干个π型电路单元组成,在“圆锥体”建模的基础上结合塔筒内部电缆的耦合互感作用,将塔筒等效为拥有众多支路的电路网络。然后,基于风电机组等效电路网络的特性,结合机组结构特点,推导出各个电气参数的计算公式。其中利用平均电位法推导出桨叶与塔筒的等效电气参数的计算公式,并在考虑冲击接地电阻的基础上确定水平与垂直接地体电气参数公式。本文重点推导与计算塔筒内部电缆之间、电缆与塔筒间的耦合互感参数计算公式。基于某风电公司数据算出各个电气参数,并利用ATP-EMTP电磁暂态软件搭建出风电机组整体模型。其次,本文利用ATP-EMTP重点分析在首次雷击与二次雷电回击下桨叶、塔筒与接地塔基处的暂态电位变化情况,发现桨叶与塔筒均产生兆伏级电位变化,塔基处会有千伏级电位波动;电位呈现欠阻尼式振荡衰减分布,其中塔筒电位随其高度的降低而逐渐变小;但机组电位峰值在二次回击下耗时更短,反应更敏捷,且在塔基处两者峰值差距变小。发现二次雷电回击对机组的安全仍存在较大威胁。最后,基于对风电机组各部分的雷电暂态电位仿真分析结果与风电场施工经验,对桨叶、塔筒与接地系统的防雷设计提出建议;然后本文重点对不同长度的桨叶、塔筒高度、电缆屏蔽层数、接地网形状对风机雷电暂态电位的影响做深入研究,其中提出不等间距矩形接地网采用最优压缩比的设计理念,通过仿真实验对其进行验证,并以此为基础进行机组的防雷设计。