雷电对风力发电机组的危害及防御对策

高海燕

摘 要： 随着科学技术水平的不断提高，人们越来越重视可再生清洁能源的发展。风能是目前技术比较成熟并且具有一定开发规模的可再生能源之一。风能发电不仅能够为人们提供一定的电力资源，同时也是一种绿色的能源。风力发电机组是在自然环境条件下进行工作的，非常容易受到外界环境的影响。近年来，风力发电机组的单机容量逐渐增大，能够吸收较多能量的同时，也增大了发电机组被雷击的风险。本文就雷电对风力发电机组的危害及防御对策展开相关叙述，希望能够进一步推动我国的风力发电事业的发展。

关键词： 雷电;风力发电机组;危害;防御对策

【中图分类号】TM315     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）21-0195-01

引言：随着风力发电机组容量的增大，被雷击的风险也随之增大。雷击已经成为了自然界中对风力发电机组安全运行危害的一个因素。发生雷电时，雷电会释放较多的能量，造成风力发电机组叶片损坏、内部元器件损坏等问题。如果风力发电机组被雷电击中，不仅会导致风力发电机组出现停机、损坏等现象，损失许多发电量，也会造成巨额的维修费用。为了能够有效降低雷电对风力发电机组的危害，相关人员需要及时做出具有针对性的预防措施，进一步提高对风力发电资源的能源利用率。

1 雷電的相关特征以及雷电对风力发电机组的具体危害

1.1 雷电的相关特征

雷电主要是由于空气中的尘埃、冰等物质在大气中产生剧烈运动所造成的，云层中会形成一个带电中心，这些物质在运动的过程中如果被其他不同电性的带电中心击穿，就会形成较大能量的放大现象。雷电的冲击电流非常大，高达几万，有时候甚至几十万安培。雷击的时间非常短，先导放电、主放电、余光放电三个过程加起来一般不会超过60微秒。雷电流的变化梯度非常大，冲击电压也较高。强大的电流会产生一个交变磁场，该磁场的感应电流非常大。一般情况下，雷击主要分为感应雷、直击雷、球形雷三种形式[1]。

1.2 雷电对风力发电机组的具体危害

一般情况下，雷电对电气设备产生危害的主要途径是雷电波入侵、雷电直击、雷电感应等方式。风力发电机组一般位于风能资源较好、视野比较开阔的自然环境，整个风力发电机组是完全暴露在自然环境中的。通常风力发电机组发生雷击事故的概率是与风力发电机组的平均高度成正比的。由于风力发电组的大型叶片高度较高，大型叶片被雷击的概率是最高的。风力发电机的防雷环境较差，内部的多个电子器件都被放置在一个较小的区域内。如果发生雷击现象将会造成很严重的危害，很可能会导致风力发电机组大型叶片爆炸、内部电子元件损坏。不仅会损失较多的发电量，同时也会造成巨额的维修费用。

风力发电机组的地理环境不同，可能会遭受雷击的概率和雷击的具体程度也会有所区别。通常情况下，处于山区的风力发电机组发生雷击事故的概率往往较高。风力发电机组受到雷击后，几乎一半的能量会被引流放入地面，但是40%左右的能量依旧会在供电系统内部进行分流。5%左右的雷击能量会通过风力发电机组的通信电缆分流，剩下的雷击能量一般会通过其他的管道、线缆等分流。雷电击中风力发电机组之后，附近地区的电压会升高，周围环境也会形成一个巨大的跨步电压。雷击入侵风力发电机组之后，内部的设备之间也会产生地电位反击。风力发电机组遭受雷击的概率与具体的安装位置、安装的高度、发电机组的分布情况等之间存在着十分密切的联系[2]。

2 风力发电机组的具体防雷对策

2.1 利用新型材料防止风力发电机组被雷击

雷电对电气设备的破坏性较强，通过降低风力发电机组设备结构内部的阻抗，使其对地面形成通路是能够有效避免雷击的。依据这一特性，在风力发电机组的大型叶片上加入导电性能较好的碳钎维材料，在叶尖部位处安装一个避闪器，使电缆与大型叶片法兰相互连接，再经过内部的接地线引入地网就能够形成一个防雷效果较好的雷电通道。发生雷击事故时，强大的雷击电流会通过该雷电通道放入大地，有效避免雷击事故的发生，同时也不会造成风力发电机组的大型叶片损坏。

2.2 利用避雷网来防止雷电事故发生

相关设计人员可以在整个风场建筑工程的基础之上，将导电横截面积足够的金属导体连接成一个低电阻的避雷网络，实现避免雷电事故发生的目的。接地电阻较小，雷击事故发生时，所产生的巨大电流才能迅速地释放到大地之中。风力发电机组的电子设备也能够有效避免强电流高电压的冲击，对风力发电机组的相关设备也能够起到一个良好的保护效果。

2.3 利用避雷器来防止雷电事故的发生

所谓避雷器，也就是通常所指的电涌保护器。相关人员通过在风力发电机组的电力电缆和通讯控制线路上安装避雷器，就能够将因为雷电感应而进入电力电缆线、通讯控制线路内的高电压限制在安全范围内。安装避雷器能够有效地避免设备发生雷击事故时，出现设备损坏或者设备烧毁的现象。此外，通常情况下，风力发电机组的通讯设施抗干扰能力较差，为了能够有效避免雷击事故所带来的相关影响，风力发电机组与风场监管系统中的通讯联系方式可以修改为光纤传输。光纤传输能够有效避免雷击事故发生时产生的影响。

总结：综上所述，我国风力发电机组因为雷击事故而产生巨额经济损失的案例屡见不鲜。为了能够进一步推进我国电力能源的发展，相关人员需要加强设备防雷意识，积极做好防雷的相关措施。利用新型材料、避雷网、避雷器等方式都能够有效避免风力发电机组发生雷击事故的概率。雷电事故发生时，雷电产生的能量十分巨大，雷击的方式也是多种多样。及时采取合理的防雷措施，不仅能够避免巨额的经济损失，同时也能够进一步提高我国风力发电机组防雷的技术水平，促进我国风力发电的发展。

参考文献

[1] 张潜玉.雷电对风力发电机组的危害及防御对策[J].科技风，2015，000（016）：69-69.

[2] 林品乐，陈光健.浅谈风力发电机组的雷电防护措施[J].建筑工程技术与设计，2015，000（005）：767-767.