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[摘 要]雷电现象时有发生，雷击事故是我们不能够避免的。本文介绍了雷击事故发生的原因以及风力发电机组防雷技术需要改进的一些措施。
[关键词]风力发电 雷击事故 原因 措施
中图分类号：U674.74 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）34―0604―01
引言
随着人们环保意识的增强，人们对可再生能源利用的认识也在逐渐的提高。风力发电技术得到了快速的发展。但是由于风力发电机组的防雷技术并不成熟，雷击事故经常发生，造成了不同程度的损失。一台风力发电机组的价值巨大，因此风力发电机组的安全运行问题应该引起我们的重视。
1造成雷击事故的原因
2010年包头达茂旗龙源包头能源风力发电公司的风力发电机组遭到雷击，通过调查分析之后得知是由于雷电流的泄放通道不畅通导致雷电流击在风机转轮桨叶闪接器上，风机组叶片会被雷电释放的巨大能量损坏，同时也会造成发电机绝缘击穿，自动化控制器件也遭到破坏，风机叶片发生断裂。那么风电机组遭受雷电损坏与什么有关系呢？
1.1峰值电流
雷电现象发生时会有雷电流产生，雷电流从被击物体流过时，被击物体的温度会升高，这种热效应与风电机组叶片的损坏是有很大关系的。雷击放电时会释放出巨大的能量，这与热效应是相关的。这其中峰值电流的作用很大，雷电流从被击物体流过时还会有很大的电磁力产生，电磁力的作用也是很大的，可以使风电机组叶片弯曲甚至断裂。此外，电弧现象在雷电通道中也可能发生，电弧形成过程中会产生膨胀过压，它与雷电流波形的积分是有关系的，而且燃弧的过程中也会有强烈的高温产生，這也会使被击物体产生损坏。风电机组叶片损坏有很大部分原因是由电弧造成的。
1.2转移电荷
当物体受到电击时，如果有持续时间较长但是幅度却很低的雷电流产生的话，在这个时间内通常会发生电荷的转移。这些电流不仅持续时间长而且能在被击物体的表面发生局部的金属熔化以及灼蚀斑点等等，并且如果雷电流过大的话，也可能使金属熔化。这可能使风电机组轴承的安全受到威胁，因为电弧经常出现在轴承的接触面上，并且导致轴承焊接到一起，就算轴承没有焊接到一起，轴承中出现的一些灼蚀斑点也会使轴承产生磨损，进而使轴承的使用寿命降低。
1.3电流陡度
当风电机组受到雷击时，控制系统以及电子器件等非常容易发生损坏，这是由于感应过电压造成的，感应过电压跟雷电流的陡度是有很密切的关系的，并且雷电流的陡度如果增大的话，感应电压也会变高。
2风力发电机组防雷改进措施
2.1外部防雷
（1）叶片防雷
叶片防雷就是要避免雷电直接击中叶片而造成叶片的损伤。雷电造成的损害跟叶片的形式有很大的关系。有些叶片是由木头组成的，有些是由玻璃纤维制成的，也有些是由叶片包导电体。即便叶片是全绝缘的也不会避免被雷击中，相反会增大雷击损害的次数。在很多情况下，叶尖背面经常会受到雷击，至于风力发电机组的叶片防雷系统，它由2部分组成分别是雷电接闪器以及雷电传导部分等，叶尖上安装的接闪器是用来捕捉雷电的，然后再通过敷设在叶片内腔链接到叶片的根部，叶片根部置有导引线，可以使雷电由叶片根部传给叶片法兰，再经过一系列传递之后传到主轴，最后导入接地网，以此来约束雷电，起到叶片保护的作用。
（2）机舱防雷
在机舱的顶部有一个避雷针，以此来保护风速计和风标等以免受到雷击，当发生雷击的情况时，会有雷电流产生，并且雷电流会通过接地电缆传到机舱的上层平台，这样可以避免雷电流通过传动系统进行传导。
（3）塔架及引下线
无论是接闪器还是接地装置，它们的引下线都应该安有较多的并联电流路径，并且是要垂直安装的，如果塔架是由金属构成的话或者是有互相连接的钢筋网的情况都可以被作为引下线使用，除此之外也可以专门设置地下线去连接机舱和塔架，以此来使电压降减轻。
（4）接地网
风电机组的接地装置可以有多种组合，比如基础接地体，水平接地体等，但是这些接地体所包围的面积，它们的平均半径应该大于6m，风力发电机组的混凝土基础内部，也有互相连接的钢筋网，它可以作为自然接地体。接地网的设计有几种方法，比如可以增加接地网的面积或者是增大垂直接地体等。此外还可以人工的改善电阻率的大小，或者是把接地体深埋，当然还可以采用自然接地体。
3.2内部的防雷技术
（1）防雷区的等电位连接
风电机组的内部防雷技术一定要注意做好过压保护和等电位连接的工作。我们应该在不同的保护区的交界处通过防雷及电涌保护器把有源线路进行等电位连接。在两个区的交界处可以使用防雷保护器把经过电流等耦合方式侵入到系统内部的雷电流泄放出来，这些雷电流具有很大的能量。
（2）机舱等电位连接
要想避免雷电效应的发生，就要对机舱内的金属设备以及外来的导体等进行等电位连接，并且要连接好母线与接地装置。此外，雷电流会在机舱底座进行汇集，并且要传送到塔架上，通过塔架可以把雷电流传送到底部，然后传到接地网。
（3）线路等电位连接
线路中所有的导体都应该直接或者非直接的连接在一起，并且相线要通过电涌保护器与防雷装置相连，对于基础接地体以及环形接地体而言，它们的端部接地夹应该在塔架的内部。
3.3防雷接地
风力发电机组一个很大的特点就是整个发电机组都是由大部件的钢构材料构成的，比如发电机、轴承等。如果发电机组遇到雷击会是使整个机组的电位升高，雷电流也会通过轴承等向大地释放电荷。此时塔筒上就会产生上千伏甚至上万伏的高压，再加之整个机组中某些部分的阻抗与其他地方不一致就有可能在阻抗较低的地方产生高电位击穿现象，从而使设备损坏。从预防雷击的角度来看，风力发电机组一定要设置一个共用的接地体，比如避雷针等。并且对于接地体的布置，基础接地体使用的比较多。此外，为了避免地电位发生反击，在连接引下线和接地装置时，应该连接在接地装置的边缘地方，这样一来可以共地不共线。机组接地电阻的大小也会影响到机组在接闪之后会不会产生地电位反击。当遇到雷击时，如果机组电控系统的接地电阻低的话，它不容易受到破坏，相反如果接地电阻高的话，容易造成设备的损坏。
结语
由于我们对风力发电机组的防雷设计并没有提起足够的重视，所以近几年来，由于雷击导致风力发电机组的叶片发生损坏，电控器件损坏等情况经常出现，并且造成了严重电的损失，因此我们一定要完善风力发电机组的防雷装置，避免此类事故的发生。
参考文献
[1] 叶吉强.风力发电机组防雷设计[J].硅谷，2011（18）.
[2] 张新旺.浅析风力发电机组的雷电防护[J].城市建设理论研究（电子版），2011（25）.
[关键词]风力发电 雷击事故 原因 措施
中图分类号：U674.74 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）34―0604―01
引言
随着人们环保意识的增强，人们对可再生能源利用的认识也在逐渐的提高。风力发电技术得到了快速的发展。但是由于风力发电机组的防雷技术并不成熟，雷击事故经常发生，造成了不同程度的损失。一台风力发电机组的价值巨大，因此风力发电机组的安全运行问题应该引起我们的重视。
1造成雷击事故的原因
2010年包头达茂旗龙源包头能源风力发电公司的风力发电机组遭到雷击，通过调查分析之后得知是由于雷电流的泄放通道不畅通导致雷电流击在风机转轮桨叶闪接器上，风机组叶片会被雷电释放的巨大能量损坏，同时也会造成发电机绝缘击穿，自动化控制器件也遭到破坏，风机叶片发生断裂。那么风电机组遭受雷电损坏与什么有关系呢？
1.1峰值电流
雷电现象发生时会有雷电流产生，雷电流从被击物体流过时，被击物体的温度会升高，这种热效应与风电机组叶片的损坏是有很大关系的。雷击放电时会释放出巨大的能量，这与热效应是相关的。这其中峰值电流的作用很大，雷电流从被击物体流过时还会有很大的电磁力产生，电磁力的作用也是很大的，可以使风电机组叶片弯曲甚至断裂。此外，电弧现象在雷电通道中也可能发生，电弧形成过程中会产生膨胀过压，它与雷电流波形的积分是有关系的，而且燃弧的过程中也会有强烈的高温产生，這也会使被击物体产生损坏。风电机组叶片损坏有很大部分原因是由电弧造成的。
1.2转移电荷
当物体受到电击时，如果有持续时间较长但是幅度却很低的雷电流产生的话，在这个时间内通常会发生电荷的转移。这些电流不仅持续时间长而且能在被击物体的表面发生局部的金属熔化以及灼蚀斑点等等，并且如果雷电流过大的话，也可能使金属熔化。这可能使风电机组轴承的安全受到威胁，因为电弧经常出现在轴承的接触面上，并且导致轴承焊接到一起，就算轴承没有焊接到一起，轴承中出现的一些灼蚀斑点也会使轴承产生磨损，进而使轴承的使用寿命降低。
1.3电流陡度
当风电机组受到雷击时，控制系统以及电子器件等非常容易发生损坏，这是由于感应过电压造成的，感应过电压跟雷电流的陡度是有很密切的关系的，并且雷电流的陡度如果增大的话，感应电压也会变高。
2风力发电机组防雷改进措施
2.1外部防雷
（1）叶片防雷
叶片防雷就是要避免雷电直接击中叶片而造成叶片的损伤。雷电造成的损害跟叶片的形式有很大的关系。有些叶片是由木头组成的，有些是由玻璃纤维制成的，也有些是由叶片包导电体。即便叶片是全绝缘的也不会避免被雷击中，相反会增大雷击损害的次数。在很多情况下，叶尖背面经常会受到雷击，至于风力发电机组的叶片防雷系统，它由2部分组成分别是雷电接闪器以及雷电传导部分等，叶尖上安装的接闪器是用来捕捉雷电的，然后再通过敷设在叶片内腔链接到叶片的根部，叶片根部置有导引线，可以使雷电由叶片根部传给叶片法兰，再经过一系列传递之后传到主轴，最后导入接地网，以此来约束雷电，起到叶片保护的作用。
（2）机舱防雷
在机舱的顶部有一个避雷针，以此来保护风速计和风标等以免受到雷击，当发生雷击的情况时，会有雷电流产生，并且雷电流会通过接地电缆传到机舱的上层平台，这样可以避免雷电流通过传动系统进行传导。
（3）塔架及引下线
无论是接闪器还是接地装置，它们的引下线都应该安有较多的并联电流路径，并且是要垂直安装的，如果塔架是由金属构成的话或者是有互相连接的钢筋网的情况都可以被作为引下线使用，除此之外也可以专门设置地下线去连接机舱和塔架，以此来使电压降减轻。
（4）接地网
风电机组的接地装置可以有多种组合，比如基础接地体，水平接地体等，但是这些接地体所包围的面积，它们的平均半径应该大于6m，风力发电机组的混凝土基础内部，也有互相连接的钢筋网，它可以作为自然接地体。接地网的设计有几种方法，比如可以增加接地网的面积或者是增大垂直接地体等。此外还可以人工的改善电阻率的大小，或者是把接地体深埋，当然还可以采用自然接地体。
3.2内部的防雷技术
（1）防雷区的等电位连接
风电机组的内部防雷技术一定要注意做好过压保护和等电位连接的工作。我们应该在不同的保护区的交界处通过防雷及电涌保护器把有源线路进行等电位连接。在两个区的交界处可以使用防雷保护器把经过电流等耦合方式侵入到系统内部的雷电流泄放出来，这些雷电流具有很大的能量。
（2）机舱等电位连接
要想避免雷电效应的发生，就要对机舱内的金属设备以及外来的导体等进行等电位连接，并且要连接好母线与接地装置。此外，雷电流会在机舱底座进行汇集，并且要传送到塔架上，通过塔架可以把雷电流传送到底部，然后传到接地网。
（3）线路等电位连接
线路中所有的导体都应该直接或者非直接的连接在一起，并且相线要通过电涌保护器与防雷装置相连，对于基础接地体以及环形接地体而言，它们的端部接地夹应该在塔架的内部。
3.3防雷接地
风力发电机组一个很大的特点就是整个发电机组都是由大部件的钢构材料构成的，比如发电机、轴承等。如果发电机组遇到雷击会是使整个机组的电位升高，雷电流也会通过轴承等向大地释放电荷。此时塔筒上就会产生上千伏甚至上万伏的高压，再加之整个机组中某些部分的阻抗与其他地方不一致就有可能在阻抗较低的地方产生高电位击穿现象，从而使设备损坏。从预防雷击的角度来看，风力发电机组一定要设置一个共用的接地体，比如避雷针等。并且对于接地体的布置，基础接地体使用的比较多。此外，为了避免地电位发生反击，在连接引下线和接地装置时，应该连接在接地装置的边缘地方，这样一来可以共地不共线。机组接地电阻的大小也会影响到机组在接闪之后会不会产生地电位反击。当遇到雷击时，如果机组电控系统的接地电阻低的话，它不容易受到破坏，相反如果接地电阻高的话，容易造成设备的损坏。
结语
由于我们对风力发电机组的防雷设计并没有提起足够的重视，所以近几年来，由于雷击导致风力发电机组的叶片发生损坏，电控器件损坏等情况经常出现，并且造成了严重电的损失，因此我们一定要完善风力发电机组的防雷装置，避免此类事故的发生。
参考文献
[1] 叶吉强.风力发电机组防雷设计[J].硅谷，2011（18）.
[2] 张新旺.浅析风力发电机组的雷电防护[J].城市建设理论研究（电子版），2011（25）.