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[摘 要]风电机组的防雷一直是发电机厂的关注的问题之一，我国的风电机组的防雷系统基本上都是引进外国的设计系统，国内没有风电机组防雷改造的条件与权利，经常会出现雷击的问题。近年来风电机组的出险量的不断增多，人们逐渐了解了防雷系统可能存在一定设计上的缺陷，并有着技术改造的空间。本文对防雷保护设计、防雷接地进行简要概述，给出风电机组防雷系统需要改造的原因，分析风电机组防雷改造的案例分析，从而保证风电机组防雷系统的安全、稳定运行。
[关键词]风电机组；防雷保护设计；防雷技术；防雷改造
中图分类号：TP03 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0254-01
风电机组与其它普通建筑物不同，其具有高空间的防雷特征，对防雷系统有很大的要求。当前我国的风电装机台数接近十万台，由于风电机组防雷系统所存在的问题，每年因雷电致使风电机组遭受雷击的现象呈上升的趋势，造成了较大的经济损失，雷击已经成为影响风电机组安全运行的主要的危险因素之一。由于风电机组的防雷特征，机组受到雷击的概率很大。另外，风险机组有很多暴露的部件，这些部件一般是由无法承受雷击的复合材料组成，叶片、轮毂以及机舱间处于相对旋转的状态，在传导雷电流时受到很大阻碍，大多数雷电流都会流经附近的所有风电机组部件，对风电机组造成很大危害。因此，对于风电机组的防雷改造也就显得尤为重要。
一、风电机组的防雷设计的原则
现代防雷技术的发展快速发展，使其应用到很多行业中。防雷系统的结构的合理性越高，特别是各组成要素间结合的合理性也就越高，相互之间的作用也就越发协调，这样才能保证防雷系统处于最佳的运行状态。对于风电机组的防雷设计，需要考虑风电机组所处的地理与气象环境，对风电机组的重要性、复杂性以及雷击后所产生的严重后果进行考虑。风电机组的防雷设计需要了解保护装置的有效利用，与供电系统的形式、暴露程度、线缆的架设、机组自身的耐压能力、所选的防雷装置的特性等都要进行有机结合，并相互之间相互配合、协调。此外，还要考虑防雷系统的装设后是否对风电机组的正常运行产生影响，雷击后发生的反映以及自动恢复的能力等因素都要进行综合考虑。根据防雷保护分区的原则，风电机组的防雷系统主要包括两个方面，一方面为外部防雷系统，主要包括了接闪器、引下线与接地系统等；另一方面为内部防雷系统，主要包括防雷击等电位连接、电涌保护以及屏蔽措施等。
二、风电机组防雷保护设计方法
风电机组常见的防雷设计方法主要有以下几点：
（一）一般性的防雷设计
为了保障风电机组在雷击时的安全性，最主要的就是做好接地保护工作。我国的风电机组所处的位置占有较大的空旷土地，风电机组有着较高的土地电阻率，因此在实际工作中，做好风电机组的接地保护工作就要根据自身所处环境进行装设，不可将常规电气设备接地的方式进行装设。风电机组的多种类型，也使得及接地电阻的标准也有很多标准，这主要有施工成本与接地电阻有着很大的联系，电阻越小、施工成本也就越高。在建造风电机组之前，就要完成风电机组附近小型接地网的布置，但是这种单个接地网无法满足接地电阻对实际工作的需求。对风电机组接地系统装设最有效的办法，就是将所有的接地网进行串联。在串联接地网时，可以在接地网之间铺设金属导体，这样风电机组在遭受雷击时，会最大程度的减少风电场地电位。通过对接地系统的改造，还可以使风电机组受到雷击时对变压器的危害降到最低。
（二）电子系统的防雷设计
风电机组的电子系统主要是由发电机、配电变压器以及通讯接口等方面构成。电子系统在风电机组中发挥着重要作用，对风电机组电子系统的防雷保护，以配电变压器为例。配电变压器主要起到供电的作用，避免配电变压器受雷击的损害，就要从根本上做好配电变压器的防雷设计。在配电变压器的高低电压两侧装置避雷器，低压一侧需要装设三个氧化锌避雷器，高电压的一侧则要装设三个普通阀型的避雷器，这样能够更好的保护配电变压器，有效减小其遭受雷击损害的概率。
（三）机舱防雷设计
通常情况下，对风电机组的机舱进行防雷设计，最主要的工作就是对叶片的防雷保护，此外在叶片的防雷设计外，还要对机舱的尾端进行避雷针的安装，避雷针安装需要将机舱与机架紧密相连，这样防雷会有很好的效果。若是叶片没有根据实际需求进行相应的防雷，那么就会对防雷装置进行直接损害，对防雷效果造成很大的影响。对于以上出现的问题，可在机舱的首尾两端都进行装设避雷针，这样就很起到很大的防雷保护作用。这主要由于机舱都是由玻璃钢构成的，在实际工作中，将机舱、低速轴承以及发电机的基座进行有效相连，这样会有更好的防雷效果。因此，一定要做好机舱的防雷设计，还要注意的是，对于高度不同的避雷针需要根据传感器的高度进行装设。
（四）叶片的防雷设计
在风电机组被雷击时，巨大的能量会使风电机组的叶片结构温度持续上升，从而出现比较强的电磁力，致使叶片变形，甚至出现熔化现象。对于风电机组的叶片来说，通常大部分的叶片会根据玻璃钢增强塑料结构而设置，或是依据GRP木结构进行设置，叶片没有在内部完成导电体的装置，这种状态台下遭受雷击时，风电机组的叶片就需要承受毁灭性的破坏，因此，一定要特别注重风电机组叶片的防雷保护工作。对风电机组叶片的防雷设计，使用内腔导引线来完成雷电流的引导，在大地上导入电流，形成对雷电的约束。这样不管叶片的结构是木头的还是玻璃纤维的，都会起到良好的防雷效果。
三、风电机组防雷的优化改造
（一）电源系统的防雷改造
某风电场因雷电造成多台风电机组以及箱变损害，损坏的并网柜经分析后得出事故发生的主要原因是并网柜安装的电涌保护器不符合国际电工标准，工艺布线比较长，雷击时造成电涌保护器地线反击电压过高，使并网开关外壳对母线放电形成闪络，导致柜体的炸裂。电涌保护器前置熔断器在首次通流后因无法承受回击反复的电流而出现故障，也使得电涌保护器在反击后与电网脱离，使得并网开关失去防备效果。另外，地电位的抬升会使并网开关外壳与母线产生放电。若是使用的电涌保护器有着较强的雷电通流能力，前置熔断器能够承受较大的雷电流，就不会出现电源系统的损坏。在对其进行改造时可使用8/20us波形通流能力达到200KA，10/350us波形通流能力达到20KA的电涌保护器。这种电涌保护器有着较强的通流能力，还可提供1.6KV的超低保护水平。由于电涌保护器出现损坏时远程报警问题，可对其配备盘式远程遥信端子，若电涌保护器由于自身质量问题出现过流故障，就可通过遥信装置向控制器提供常开、常闭的开关量信号，从而提示将损坏的电涌保护器进行及时更换。
（二）信号系统的防雷改造
某风电机组因雷击出现的故障主要表现为，保险、多功能继电器死机，刹车压力开关、偏航凸輪传感器、变频器控制电路板、控制器、齿轮箱压力传感器等都被烧坏。在对其进行改造时，注重对布线工艺的改造和优化，对于信号电涌保护器接地线与并行信号线的相互串扰问题，需要对柜内进行划分两个区块，也就是洁净区与污染区，将电源PE线的走线通道与信号电涌保护器PE显得通道进行调整和分类，将信号线输出端与输入端进行布线工艺整改。另外，对信号线所使用的工模电涌保护器更换为差模接地隔离型的电涌保护器，提升电涌保护器对反击电压的抑制能力与抗干扰能力。
总结
风电机组的防雷问题大多都是由于防雷设计出现纰漏所造成的，在风电技术的不断发展下，风电机组的防雷设计有了很大改观。对风电机组所处的环境、电控柜内的低压设备耐压等级、盲目地照搬设计等都会使风电机组的防雷设计出现问题。因此，在风电机组的设计改造时一定要考虑全面，不仅对受雷击的影响，还要对其耐腐蚀性、火灾因素、振动因素，甚至经济效益等都要进行考虑，只有这样才能更好地开展风电机组的防雷设计工作。
参考文献
[1] 于建国.风电机组防雷改造与案例分析[J].电瓷避雷器，2016，（02）：135-139.
[2] 李锐.风电机组防雷标准对比及案例分析[A]..风能产业（2016年第5期总第82期）[C].：，2016：7.
[3] 庄严.风力发电机组的接地设计与接地电阻的关系[J].风能产业，2013（5）：52-56.
[关键词]风电机组；防雷保护设计；防雷技术；防雷改造
中图分类号：TP03 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0254-01
风电机组与其它普通建筑物不同，其具有高空间的防雷特征，对防雷系统有很大的要求。当前我国的风电装机台数接近十万台，由于风电机组防雷系统所存在的问题，每年因雷电致使风电机组遭受雷击的现象呈上升的趋势，造成了较大的经济损失，雷击已经成为影响风电机组安全运行的主要的危险因素之一。由于风电机组的防雷特征，机组受到雷击的概率很大。另外，风险机组有很多暴露的部件，这些部件一般是由无法承受雷击的复合材料组成，叶片、轮毂以及机舱间处于相对旋转的状态，在传导雷电流时受到很大阻碍，大多数雷电流都会流经附近的所有风电机组部件，对风电机组造成很大危害。因此，对于风电机组的防雷改造也就显得尤为重要。
一、风电机组的防雷设计的原则
现代防雷技术的发展快速发展，使其应用到很多行业中。防雷系统的结构的合理性越高，特别是各组成要素间结合的合理性也就越高，相互之间的作用也就越发协调，这样才能保证防雷系统处于最佳的运行状态。对于风电机组的防雷设计，需要考虑风电机组所处的地理与气象环境，对风电机组的重要性、复杂性以及雷击后所产生的严重后果进行考虑。风电机组的防雷设计需要了解保护装置的有效利用，与供电系统的形式、暴露程度、线缆的架设、机组自身的耐压能力、所选的防雷装置的特性等都要进行有机结合，并相互之间相互配合、协调。此外，还要考虑防雷系统的装设后是否对风电机组的正常运行产生影响，雷击后发生的反映以及自动恢复的能力等因素都要进行综合考虑。根据防雷保护分区的原则，风电机组的防雷系统主要包括两个方面，一方面为外部防雷系统，主要包括了接闪器、引下线与接地系统等；另一方面为内部防雷系统，主要包括防雷击等电位连接、电涌保护以及屏蔽措施等。
二、风电机组防雷保护设计方法
风电机组常见的防雷设计方法主要有以下几点：
（一）一般性的防雷设计
为了保障风电机组在雷击时的安全性，最主要的就是做好接地保护工作。我国的风电机组所处的位置占有较大的空旷土地，风电机组有着较高的土地电阻率，因此在实际工作中，做好风电机组的接地保护工作就要根据自身所处环境进行装设，不可将常规电气设备接地的方式进行装设。风电机组的多种类型，也使得及接地电阻的标准也有很多标准，这主要有施工成本与接地电阻有着很大的联系，电阻越小、施工成本也就越高。在建造风电机组之前，就要完成风电机组附近小型接地网的布置，但是这种单个接地网无法满足接地电阻对实际工作的需求。对风电机组接地系统装设最有效的办法，就是将所有的接地网进行串联。在串联接地网时，可以在接地网之间铺设金属导体，这样风电机组在遭受雷击时，会最大程度的减少风电场地电位。通过对接地系统的改造，还可以使风电机组受到雷击时对变压器的危害降到最低。
（二）电子系统的防雷设计
风电机组的电子系统主要是由发电机、配电变压器以及通讯接口等方面构成。电子系统在风电机组中发挥着重要作用，对风电机组电子系统的防雷保护，以配电变压器为例。配电变压器主要起到供电的作用，避免配电变压器受雷击的损害，就要从根本上做好配电变压器的防雷设计。在配电变压器的高低电压两侧装置避雷器，低压一侧需要装设三个氧化锌避雷器，高电压的一侧则要装设三个普通阀型的避雷器，这样能够更好的保护配电变压器，有效减小其遭受雷击损害的概率。
（三）机舱防雷设计
通常情况下，对风电机组的机舱进行防雷设计，最主要的工作就是对叶片的防雷保护，此外在叶片的防雷设计外，还要对机舱的尾端进行避雷针的安装，避雷针安装需要将机舱与机架紧密相连，这样防雷会有很好的效果。若是叶片没有根据实际需求进行相应的防雷，那么就会对防雷装置进行直接损害，对防雷效果造成很大的影响。对于以上出现的问题，可在机舱的首尾两端都进行装设避雷针，这样就很起到很大的防雷保护作用。这主要由于机舱都是由玻璃钢构成的，在实际工作中，将机舱、低速轴承以及发电机的基座进行有效相连，这样会有更好的防雷效果。因此，一定要做好机舱的防雷设计，还要注意的是，对于高度不同的避雷针需要根据传感器的高度进行装设。
（四）叶片的防雷设计
在风电机组被雷击时，巨大的能量会使风电机组的叶片结构温度持续上升，从而出现比较强的电磁力，致使叶片变形，甚至出现熔化现象。对于风电机组的叶片来说，通常大部分的叶片会根据玻璃钢增强塑料结构而设置，或是依据GRP木结构进行设置，叶片没有在内部完成导电体的装置，这种状态台下遭受雷击时，风电机组的叶片就需要承受毁灭性的破坏，因此，一定要特别注重风电机组叶片的防雷保护工作。对风电机组叶片的防雷设计，使用内腔导引线来完成雷电流的引导，在大地上导入电流，形成对雷电的约束。这样不管叶片的结构是木头的还是玻璃纤维的，都会起到良好的防雷效果。
三、风电机组防雷的优化改造
（一）电源系统的防雷改造
某风电场因雷电造成多台风电机组以及箱变损害，损坏的并网柜经分析后得出事故发生的主要原因是并网柜安装的电涌保护器不符合国际电工标准，工艺布线比较长，雷击时造成电涌保护器地线反击电压过高，使并网开关外壳对母线放电形成闪络，导致柜体的炸裂。电涌保护器前置熔断器在首次通流后因无法承受回击反复的电流而出现故障，也使得电涌保护器在反击后与电网脱离，使得并网开关失去防备效果。另外，地电位的抬升会使并网开关外壳与母线产生放电。若是使用的电涌保护器有着较强的雷电通流能力，前置熔断器能够承受较大的雷电流，就不会出现电源系统的损坏。在对其进行改造时可使用8/20us波形通流能力达到200KA，10/350us波形通流能力达到20KA的电涌保护器。这种电涌保护器有着较强的通流能力，还可提供1.6KV的超低保护水平。由于电涌保护器出现损坏时远程报警问题，可对其配备盘式远程遥信端子，若电涌保护器由于自身质量问题出现过流故障，就可通过遥信装置向控制器提供常开、常闭的开关量信号，从而提示将损坏的电涌保护器进行及时更换。
（二）信号系统的防雷改造
某风电机组因雷击出现的故障主要表现为，保险、多功能继电器死机，刹车压力开关、偏航凸輪传感器、变频器控制电路板、控制器、齿轮箱压力传感器等都被烧坏。在对其进行改造时，注重对布线工艺的改造和优化，对于信号电涌保护器接地线与并行信号线的相互串扰问题，需要对柜内进行划分两个区块，也就是洁净区与污染区，将电源PE线的走线通道与信号电涌保护器PE显得通道进行调整和分类，将信号线输出端与输入端进行布线工艺整改。另外，对信号线所使用的工模电涌保护器更换为差模接地隔离型的电涌保护器，提升电涌保护器对反击电压的抑制能力与抗干扰能力。
总结
风电机组的防雷问题大多都是由于防雷设计出现纰漏所造成的，在风电技术的不断发展下，风电机组的防雷设计有了很大改观。对风电机组所处的环境、电控柜内的低压设备耐压等级、盲目地照搬设计等都会使风电机组的防雷设计出现问题。因此，在风电机组的设计改造时一定要考虑全面，不仅对受雷击的影响，还要对其耐腐蚀性、火灾因素、振动因素，甚至经济效益等都要进行考虑，只有这样才能更好地开展风电机组的防雷设计工作。
参考文献
[1] 于建国.风电机组防雷改造与案例分析[J].电瓷避雷器，2016，（02）：135-139.
[2] 李锐.风电机组防雷标准对比及案例分析[A]..风能产业（2016年第5期总第82期）[C].：，2016：7.
[3] 庄严.风力发电机组的接地设计与接地电阻的关系[J].风能产业，2013（5）：52-56.