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風(fēng)電場(chǎng)是利用風(fēng)能發(fā)電的重要設(shè)施，隨著風(fēng)電的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來(lái)越大，為了吸收更多能量，輪轂高度和葉輪直徑也隨著增高，相對(duì)的也增加了被雷擊的風(fēng)險(xiǎn)。

（資料圖：中船海裝）

雷電釋放的巨大能量會(huì)造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片損壞、發(fā)電機(jī)絕緣擊穿、控制元器件燒毀等設(shè)備損壞，繼而導(dǎo)致發(fā)電停止并對(duì)電網(wǎng)造成影響，甚至還會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)等嚴(yán)重后果，因此必須采取有效的措施防止雷擊事故的發(fā)生。

雷電的產(chǎn)生

空中的塵埃、 冰晶等物質(zhì)在大氣運(yùn)動(dòng)中劇烈摩擦生電以及云塊切割磁力線，在云層上下層分別形成了帶正負(fù)電荷的帶電中心，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中當(dāng)異性帶電中心之間的空氣被其強(qiáng)大的電場(chǎng)擊穿時(shí)， 就形成放電。

通常雷擊有三種形式， 直擊雷、 感應(yīng)雷、雷電侵入波 。

• 直擊雷

直擊雷指帶電的云層與大地上某一點(diǎn)之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，它的電壓峰值通常可達(dá)幾萬(wàn)伏甚至幾百萬(wàn)伏，主要危害建筑物、建筑物內(nèi)電子設(shè)備和人。

防避直擊雷通常都是采用避雷針、避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或金屬物件作為接閃器，將雷電流接收下來(lái)，并通過(guò)作引下線的金屬導(dǎo)體導(dǎo)引至埋于大地起散流作用的接地裝置再泄散入地。

• 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種，靜電感應(yīng)是由于雷云接近地面，在地面凸出物頂部感應(yīng)出大量異性電荷所致。雷云與其他部位放電后，凸出物頂部的電荷失去束縛，以雷電波形式，沿突出物極快地傳播。

電磁感應(yīng)是由于雷擊后，巨大雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)大磁場(chǎng)所致。這種磁場(chǎng)能在附近的金屬導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電壓，造成對(duì)人體的二次放電，從而損壞電氣設(shè)備。

• 雷電侵入波 

雷電侵入波是指落在架空線路上的雷，沿著線路侵入到變電站、配電室、生產(chǎn)車間或住宅內(nèi)，致使設(shè)備或人員遭受電擊。雷電在放電過(guò)程中，呈現(xiàn)出電磁效應(yīng)、熱效應(yīng)以及機(jī)械效應(yīng)，對(duì)建筑物和電氣設(shè)備有很大的危害性。

雷電對(duì)風(fēng)電機(jī)組的破壞

風(fēng)電機(jī)組一般安置在風(fēng)能資源比較好的復(fù)雜地形地帶，如曠野、山頂?shù)龋h(huán)境比較惡劣，特別是兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)的葉片高點(diǎn)甚至達(dá)100多米，特別容易被雷電擊中。因此，雷電災(zāi)害是威脅風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行和風(fēng)場(chǎng)效益的重要因素之一。

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，德國(guó)、丹麥和瑞典等國(guó)由雷擊導(dǎo)致的風(fēng)力發(fā)電機(jī)損壞數(shù)量，每100臺(tái)平均每年3.9次到8次。數(shù)據(jù)顯示，在北歐的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，每100臺(tái)每年有4-8臺(tái)遭受雷擊而損壞。

據(jù)國(guó)外早期統(tǒng)計(jì)的風(fēng)電機(jī)組各部件遭受雷擊的故障率來(lái)看，風(fēng)機(jī)中不同部件遭雷擊損壞的概率中，控制系統(tǒng)雷擊損壞占35-40%，其次是電氣系統(tǒng)、葉片和傳感器等。

隨著近年來(lái)安裝防雷裝置，控制系統(tǒng)的防雷保護(hù)已取得明顯的改善，而新生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組最常見(jiàn)的損害的是葉片。據(jù)長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)，雷擊造成的損壞中除了機(jī)械損壞之外，風(fēng)機(jī)中電氣控制部分包括：變頻器、過(guò)程控制計(jì)算機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器、測(cè)風(fēng)儀等，也經(jīng)常遭到損害。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常見(jiàn)的雷電原因：

1. 風(fēng)機(jī)葉片和塔身的靜電積累

2. 風(fēng)機(jī)塔身高度，與周邊環(huán)境形成不同的場(chǎng)強(qiáng)

3. 風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)低頻電磁輻射的電荷積累

（資料圖：明陽(yáng)集團(tuán)）

海上風(fēng)電機(jī)組處于最高位置的葉片最易遭受雷電的直接打擊，而且相對(duì)于內(nèi)陸，海上雷電更多，且環(huán)境更易腐蝕防雷裝置。因此在防雷設(shè)備的選擇上，在葉片尖端的接閃器宜選用有更大保護(hù)范圍，更強(qiáng)保護(hù)能力的不銹鋼預(yù)放電避雷針；對(duì)于高處的風(fēng)向標(biāo)，塔架等也要設(shè)置完善的接閃裝置。

海上風(fēng)電機(jī)組可以采取以下幾種防雷措施：

• 葉片防雷

在葉片尖端和中部安裝有雷電接閃器，由一根70mm2傳導(dǎo)雷擊電流的電纜與葉片根部的觸點(diǎn)相連，并在葉片根部的觸點(diǎn)通過(guò)柔性電纜連接到輪轂。提供一個(gè)火花放電隙作為第二個(gè)泄流通道，放點(diǎn)隙不大于1mm。

• 機(jī)艙罩

機(jī)艙罩上部?jī)?nèi)壁安裝有雷電屏蔽網(wǎng)，屏蔽網(wǎng)和機(jī)架連接，形成法拉第網(wǎng)，能夠有效地減少雷電感應(yīng)的電磁干擾，保護(hù)機(jī)艙內(nèi)部的電氣設(shè)備。

• 接地系統(tǒng)防雷

接地系統(tǒng)主要由接地電極、接地線和接地矩形網(wǎng)組成。通過(guò)將這些設(shè)備正確地連接在一起，可以將雷擊電流安全地傳送到地面，從而保護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備及操作人員的安全。在接地系統(tǒng)中，接地電極的選型及站點(diǎn)的選址都至關(guān)重要，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件和氣候環(huán)境來(lái)進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。

• 避雷針

相對(duì)于陸上風(fēng)電場(chǎng)，海上風(fēng)電場(chǎng)所遭受的雷擊風(fēng)險(xiǎn)更大。因此，在海上風(fēng)電的防雷設(shè)計(jì)中，避雷針的使用尤為必要。避雷針一般安裝在風(fēng)機(jī)塔的頂部，它可以將空氣中的電場(chǎng)強(qiáng)度降低，促使雷電引向地面，從而減輕風(fēng)機(jī)設(shè)備所承受的雷擊壓力。避雷針的選型也需要考慮到風(fēng)場(chǎng)所在地的氣候條件及環(huán)境特點(diǎn)，以保障其防雷效果的可靠性。

• 直擊雷保護(hù)系統(tǒng)

直擊雷保護(hù)系統(tǒng)主要采取的措施有接閃器系統(tǒng)、引下線系統(tǒng)、等電位系統(tǒng)、接地系統(tǒng)等。感應(yīng)雷防護(hù)主要采取的措施有過(guò)電壓防護(hù)系統(tǒng)、電磁屏蔽系統(tǒng)等。

• 感應(yīng)雷保護(hù)系統(tǒng)

海上風(fēng)機(jī)防雷感應(yīng)雷防護(hù)系統(tǒng)主要過(guò)電壓防護(hù)系統(tǒng)和電磁屏蔽。過(guò)電壓防護(hù)系統(tǒng)就是通過(guò)避雷器多級(jí)能量泄流配合，保護(hù)電子和電氣設(shè)備的安全，并保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)人員避免遭遇跨步電壓和接觸電壓。電磁屏蔽主要是取決于金屬機(jī)艙的屏蔽和導(dǎo)線的屏蔽。

海上風(fēng)機(jī)的機(jī)艙大部分為金屬構(gòu)造，利用金屬機(jī)艙構(gòu)成一個(gè)大型的屏蔽體，可以有效減少外部電磁場(chǎng)的侵入，從而保護(hù)電氣設(shè)備安全運(yùn)行；風(fēng)電機(jī)組線路采用雙絞線、屏蔽線，以及穿金屬管金屬線槽等都會(huì)減小導(dǎo)線上的磁場(chǎng)，屏蔽層/金屬線管/線槽應(yīng)該兩端接地。