关于风力发电系统防雷设计几点思考

岳志鹏 邓石

摘要：近几年伴随社会经济和科学技术的稳步发展，因风能具有环保、可再生的优势，风电行业也处于高速发展阶段。但是结合实际来看，因天气因素频发雷击事件严重影响了风电机组的正常运转和使用。导致风力发电设备的成本增加，影响了风电行业的不断发展，以及人们日常用电无法保障。结合以上几点危害，本文主要讨论在风电系统发生雷击事件时，为了保证风电行业风电场的安全，针对风电机组的防雷设计产生的几点思考详细论述。

关键词：防雷设计;风电系统;防雷技術

引言：

因风力发电具有洁净、可再生的优点，一直备受人们喜爱，所以风力发电的相关技术也在不断提高。但会频发雷击事件影响了风力发电，所以结合目前在风力发电系统中雷击过电压的现象分析，因为风电机组中的防雷设计涉及的因素及问题比较多。其中主要的板块由防雷设计中的4个部分组成，风力发电组、架空输电线路、风力发电场变压站以及风电场接地系统，所以由此得出，由于风力发电厂地、变压站的布置还有风电结构以上几个特点，风力发电防雷的设计就要结合自身特点。

一、雷击损坏的原因

在风力行业的风电机组的防雷设计就首先要考虑雷电产生的原因，只有从源头出发分析出原因，才能依据原因进行分析继而整合提升。提高风电机组的制造水平以及风电行业的稳步发展，产生雷电现象指的是带电荷的云层与大地产生的放电反应。因为其释放出的电流极强，所以破坏力特别强，那么防雷设计中一定要重视每次产生雷电时的电流波形和雷电参数等细节，有助于对风电机组因雷击现象产生的情况做出合理的评估，并可以依据这些分析数据为后续的设计、应用提供参考依据。

二、雷电产生的危害

叶片是风力设备发电的主要结构，因其结构的特殊性需要在空旷的场地，所以一旦因天气变化发生雷电现象，风力设备中的叶片就是被侵袭的主要对象，主要集中在叶片的顶尖位置，虽然整个叶片不会受到大面积的损坏，但是因为叶片的维修成本特别高，一旦发生被雷电现象导致叶片受损的情况出现，为了保证风力设备的正常运转，就要及时对叶片进行维修甚至是更换新叶片。所以这一雷电袭击产生的负面影响非常大，不仅造成风力设备维修保养的成本加大，还进一步影响了风力设备的正常运转，会影响到人们正产用电的使用和保障。所以必须做好风力发电设备的防雷设计工作，维护风力发电设备的正常运行，进一步提高风能技术的快速发展和经济效益的提高[1]。

三、风力发电系统防雷设计要点

通过分析因雷电现象导致风力发电设备的损失角度分析得出，导致风力发电设备损坏的最主要都集中在对叶片的损坏上，因为雷电导致叶片的温度急剧上升，温度的变化导致内部电磁场发生变化，继而导致很容易被外部物体击穿或者击断。所以保证风力发电设备不受雷电因素的影响，最重要的原因就是要确保电流可以正常顺利的通过，其次将电流顺利引入地下，确保风力发电设备的安全和风能工作的有序进行。以下主要是针对防雷设计的改进策略做分析，主要从外部系统和内部系统防雷两个板块入手[2]。

四、风力发电系统防雷设计改进策略

（一）外部系统防雷

1.接地系统

接地是提升风力发电在雷电现象中安全性最基本的步骤。一般风力发现场都是选择在比较空旷的地方，面积比较大的地方一般电阻率都偏高，考虑这个点在做防雷设计中就不能依据一般电气设备的接地方式。在风力发电防雷设计中电阻越小，所需要承担的成本就相应越小，因此就可以在风力发电场建造初期就在附近设置较小的接电网，单个网无法满足需求，就将所有的网连接起来，以此来降低风电场电阻率，在风电系统不仅提高了防雷安全性能，也降低了风力发电的制作成本。

2.设置接闪器

叶片是电力设备在外部的主要构成部分，雷电会导致叶片的温度过高，从而使内部磁场产生变化，最后会降低电子设备外部抵御保护能力[3]。严重的会造成设备内部的膨胀和爆炸导致设备被损坏。所以出现这种现象，可以在叶片顶部设置排水管，叶片本身具有导电装置，在叶片上设置接闪器可以有效在叶片受到雷电袭击时第一时间捕捉到电流，并将其快速引入地下。

（二）加强内部系统防雷系统

1.等电位连接

在风力系统的内部防雷保护系统中重要组成部分是防雷击等电位连接，通过将所有的导电系统都互相连接起来，目的是为了减小电位差，甚至可以抑制雷电引起的电位差。

2.隔离

结合施工经验得出，光电隔离可以有效减少其在传输中产生的不利影响，它可以在一定程度上保证电子设备的有效运行。对于发电机组来说，使用光纤连接可以有效减少不必要的干扰，提高防雷效果确保风电系统的正常稳步运行[4]。

3.屏蔽措施

有效的屏蔽措施可以很好的减少因雷电电磁干扰带来的负面影响，因风力结构有其特殊性存在，所以在设计落实中就要考虑到相关因素。比如对于机舱而言就应该考虑制造使用的材料、形状、功能等，金属材质且封闭型的壳体状机舱，将开关、控制等零件器材都放置于机舱内部的柜体内，柜体也要具备一定的屏蔽效果，所有的电缆线路应该具备金属屏蔽层功能，让其互相产生连接，进一步保证风电系统的正常运转。

五、结束语

综上，国家科学技术和社会经济的卓越发展，风能行业的发电技术及设备水平也在不断进步和发展，本文主要通过近几年频发的雷电事件入手进行详细的分析总结，从对雷电现象为风力发电带来的危害、到雷电现象产生的原因，从风力发电设备防雷系统的改进策略分析，分别是外部和内部，到风雷设计重要点等方面，由此得出风力发电设备的正常运转最主要的是做好防雷设计和防护措施。其可以保证风能的正常工作，为人们的日常安全用电做好保障。继而可以不断提高风电行业风力发电设备的防雷技术的提高。也为风电行业的稳步发展奠定了基础。

参考文献：

[1]王岩，袁璇，梁鹏程，等.风力发电系统防雷设计研究[J].2021（2019-35）：76-78.

[2]吕彬，张其林，王世均，等.测算风力发电机组防雷等级的方法：，CN109241693A[P].2019.

[3]]施广全，张义军，陈绍东，等.风力发电机组防雷技术进展综述[J].电网技术，2019，43（7）.

[4]马寅虎，李晓东，许秀强，等.风电叶片防雷系统安装定位装置：，CN211193647U[P].2020.

第一作者简介：岳志鹏， 1987年4月，性别：男，民族：汉，籍贯：吉林省榆树市，学历：本科，职称：助理工程师，研究方向：风力发电场运维。

第二作者：邓石， 1988年5月，性别：男，民族：蒙族，籍贯：吉林省通榆县，学历：本科，职称：助理工程师，研究方向：风力发电场运维。