风力发电机组防雷技术及安全安装措施研究

风力发电机组防雷技术及安全安装措施研究

刘剑

国投新疆新能源有限公司 新疆 乌鲁木齐 830000

摘 要：风力发电机组作为风能产出的核心部件，易受到外界各种自然因素的影响出现各种故障，进而影响风能产出效益。其中，雷击作为一种常见的自然灾害，易对风力发电机组各个部位造成直接损害，严重影响其工作效益，甚至还有可能会带来更加严重的事故。为避免这一情况，文章结合相关工作经验，探讨了风力发电机组防雷技术及安全安装措施，以期为相关工作人员提供参考。

关键词：风力发电机组 ；防雷技术 ；安全安装措施

1. 雷击常见类型及对风力发电机组的危害

1.1 雷击常见类型

雷击是一种自然现象，产生于大气中的云层和地面间，是由于电荷分离和积累引发的放电过程。雷击常见类型包括直接雷击、感应过电压和雷电波等，具体如下。直接雷击是指雷电直接击中物体的情况。当云层中的电荷与地面或物体的电荷相互作用时，可能会产生强电场，并且当电场达到其绝缘能力时，会形成一个通路，使得电荷能够通过物体导体流动。当雷电通道接触到物体时，电流会通过物体，并且在物体内部引发剧烈的放电及高温。这种类型的雷击通常会造成显著的损坏，如摧毁建筑物或破坏电子设备。感应过电压是指雷电放电过程中，电磁场变化引起的电压增加。当雷电放电经过一根导线附近时，由于放电产生的瞬变电流会在导线上产生瞬态磁场，进而感应出电压。感应过电压可能对电力系统、通信系统和数据传输设备等敏感设备造成损坏 。雷电波是指雷电放电过程中产生的电磁波。雷电放电时，会产生宽频谱的电磁辐射，包括无线电频段、微波频段和红外线频段等。这些电磁波可能会对无线通信系统、雷达设备和飞机导航系统等电磁感应设备造成干扰，甚至引发严重事故。

1.2 雷击对风力发电机组的危害

（1）直接损坏设备。雷电具有极高的电流和电压，当其击中风力发电机组时，可能会瞬间导致设备损坏。如风力发电机组的叶片、塔筒、发电机等电子设备都可能受到雷电冲击而损坏。这将导致设备停止运行，需要进行维修和更换零部件，增加了成本和时间。（2）系统中断和能源损失。当风力发电机组遭受雷电冲击时，系统可能会中断。为保护设备，自动保护装置会触发并切断发电机组与电网之间的连接，以防止电流通过线路进入电网，这使得风力发电机组无法正常运行，导致能源损失。（3）其他安全隐患。雷击也会给风力发电机组带来安全风险。雷电冲击可能引发火灾并造成设备或周围环境的损坏。（4）雷击还可能影响机组内部系统的稳定性，增加机组事故的风险，给人员带来伤害。

1.3风力发电机组易受雷击影响的部位

（1）风力发电机组的塔筒。由于塔筒高度较高，易成为雷击的目标。当雷电击中塔筒时，由于其高度和金属材质的导电性，极易导致雷电通过塔筒传导到地面，对整个发电机组和周围设备产生破坏。（2）风轮叶片。风轮叶片是风力发电机组最外层的部分，通常采用纤维增强复合材料制造，这种材料具有一定的导电性，可能会吸引雷电。雷电击中风轮叶片后，可能导致叶片破损或损伤，从而影响风力发电机组的正常运行。（3）发电机组内部设备。风力发电机组内部设备包括发电机、变压器、控制系统等，这些设备通常以电子元件为主，雷击可能会引起电磁脉冲，导致设备故障甚至损坏 。

2. 风力发电机组防雷技术及安全安装措施

2.1 避雷针技术及安全安装

（1）避雷针应选择耐腐蚀的导电材料，如铜或铝。这些材料具有良好的导电性能和抗腐蚀能力，能够有效引导雷电电流，而不会因为环境条件的变化而导致失效或损坏。（2）避雷针的形状应尖锐且结构合理。尖锐的形状能够增加空气中电场的梯度，从而更容易吸引雷电。同时，结构合理的设计能够确保避雷针与风力发电机组其他部件之间的良好接触，以提高雷电引导效果和安全性。

在避雷针的安装过程中，需要注意以下几点 ：（1）安装位置的选择。避雷针应安装在风力发电机组的最高点，通常是塔筒的顶部。这样能够确保避雷针在雷电击中时可最大程度引导雷电电流，减少对发电机组其他部分的影响。（2）导线的布设。导线是将避雷针引导的雷电电流传导到地面的关键。导线应选择合适的材料和规格，并保持良好的接地连接。在布设过程中，应尽量避免导线与其他设备或结构物接触，以减少雷击产生的破坏风险。（3）定期检查和维护。避雷针需要定期进行检查和维护，确保其状态良好且工作正常。特别是在遇到大风、雨雪等恶劣天气条件后，需要及时检查和修复避雷针损坏或受影响的部分，以保证其正常运行和持久使用。

2.2 接闪器技术及安全安装措施

安装接闪器的关键点包括以下几个方面 ：（1）设备选型。要选择符合国家或行业标准的接闪器，并确保其具备良好的耐电压和耐电流能力，以适应各种气候条件下的雷击冲击。（2）安装位置。接闪器的安装位置应根据设备的布局和特点进行合理选择。通常，应安装在与可能受到雷电影响的设备相邻的位置，以快速接收并降低雷电冲击。（3）接地措施。接闪器安装后应与良好的接地系统连接。接地系统能够将接收到的雷电电流迅速导向地面，确保设备安全。（4）定期检测和维护。安装接闪器后需要定期进行检测和维护。这包括检查接闪器是否存在损坏、积灰等情况，并及时清理或更换有问题的接闪器，以保证其正常工作效果。

2.3叶片防雷技术及安全安装措施

2.3.1 电涌保护器

电涌保护器是一种用于保护风力发电机组叶片免受雷击影响的设备。其通过提供可控的电阻和电感来减轻电涌对叶片造成的损害。当雷电活动发生时，电涌保护器可以将过高的电压和电流引导到地面，以减少对叶片的破坏。安装电涌保护器时，应考虑以下因素 ：（1）确保电涌保护器符合相关的标准和规范，如 IEC 60364等 ；（2）妥善选择电涌保护器的额定电压和电流，以适应具体的风能系统要求 ；（3）确保电涌保护器的接地系统良好，以保证其有效工作 ；（4）对于大型的风能系统，可能需多个电涌保护器进行并联或级联，以提供更好的保护效果。

2.3.2 叶片式避雷器

叶片式避雷器是一种直接安装在风力发电机组叶片上的避雷装置。其主要作用是吸收和放散雷电能量，保护叶片免受雷击损坏。安装叶片式避雷器时，需考虑以下因素：（4）根据具体需求选择适当类型的叶片式避雷器，如金属氧化物避雷器（MOV）等 ；（2）确保叶片式避雷器与叶片之间有良好的接触，以实现有效地引导雷电能量；（3）定期检查和维护叶片式避雷器，确保其正常工作。

2.4电子系统防雷技术及安全安装措

施电子系统防雷技术在风力发电机组中扮演着重要的角色，其中常用的方法包括金属装置形成法拉第笼和加装金属外壳 。金属装置形成法拉第笼是一种防雷技术，通过在发电机组周围安装金属导体装置，有效地将雷电能量引到地下，避免对电子系统的直接影响，即这种装置形成了一个形如笼子的结构，将电子设备包裹起来，从而形成雷电无法进入的防护层。而加装金属外壳也是一种常见的防雷技术。通过在电子系统周围加装金属外壳，可以形成一个电磁屏蔽层，有效阻挡雷电冲击波的传播。这种金属外壳可以起到隔离和引导雷电能量的作用，保护电子设备免受雷击损坏。

参考文献

[1] 夏保付 . 更新防雷系统在风力叶片当中的应用 [J]. 冶金管理，2021（17）：70-71.

[2] 潘仕虎，肖文娟 . 山区风力发电场的综合防雷技术分析 [J].集成电路应用，2021（5）：158-159.