風電機組的防雷保護

　　圖1 具有防雷區（LPZ）的風電機組示意圖
　　LPZ0A 區有直擊雷（繞雷）侵襲的危險，完全處在電磁場環境中，具有雷擊電涌破壞的可能。這個區域包括：葉片、機艙罩避雷針系統、塔架、架空電力線、風電場通信電纜；LPZ0B 區沒有直擊的危險，但電磁場環境與雷電電涌沒有任何減低。這類區域包括葉片加熱部分、環境測量傳感器、航標燈未平蔽的機艙內部、發電機、齒輪箱、冷卻系統、傳動系統、電氣控制柜、傳感器、電纜。無論以上部位是否遭受直擊雷（繞雷），電磁場沒有衰減的部位。
　　LPZ1 區可選擇SPD 保護設備，存在電涌破壞的危險，電磁場由于屏蔽作用已經減弱。這類區域包括機艙內、塔架內的設備如電纜、發電機、齒輪箱等。
　　LPZ2 區電涌破壞進一步減弱，電磁破壞影響更小。
　　這類區域包括塔架內電氣柜中的設備，特別是屏蔽較好的弱電部分。
　　4 防雷保護的設計原則
　　在進行防雷設計時，可遵循如下設計原則：1）用有效的方法及當今主流的技術和設備，保證系統的正常工作2）防雷設計應考慮投資合理性，突出重點并能兼顧全面3）防雷系統應具有合理的使用壽命4）為便于系統的維護，防雷設計必須遵守國際標準和規范。
　　直擊雷的防護設計在沒有技術突破的前提下仍然沿用傳統的富蘭克林避雷方法：利用自身的高度使雷云下的電雷場發生畸變，從而將雷電吸引，以自身代替被保護物受雷擊，以達到保護避雷的目的。對于直接雷擊通過在葉片內部和機艙頂部安裝接受體和導體裝置，通過葉片、主軸、齒輪箱和偏航軸承的放電裝置以及機架、塔筒將雷電流傳導到大地，達到釋放電流的目的。在不同的防雷保護區域之間進行電氣連接過渡，必須安裝SPD 保護設備。為減少電磁干擾的感應效應，在需要保護的空間內增加屏蔽措施。為了改進電磁環境，所有大尺寸金屬件及電纜屏蔽層在防雷交界處做等電位連接。
　　整個防雷保護方案應根據風力發電機安裝的地理環境及其自身的電氣、結構特點而制定，目的是為了減少雷擊風機所發生的人身傷亡和財產損失，做到安全可靠、技術先進、經濟合理。

　　5 風電機組的防雷保護
　　5.1 葉片的防雷保護
　　風電機組中最高部分就是葉片的最高高度，當葉片運行到最高高度時，即可視為避雷針行程引雷通道，這是目前全球范圍風電機組遭雷擊破壞影響最大的一種情況。針對風電機組的葉片防雷，由丹麥LM 公司于1994 年獲得葉片防雷的科研項目，有丹麥能源部資助，包括丹麥研究院雷電專家、整機廠商、風電開發商在內，目的在于調查研究雷電導致葉片損害的情況，開發安全耐用的防雷葉片。研究人員在實驗室進行一系列的仿真測試，電壓達1.6MV,電流到200kV，進行雷電沖擊，驗證葉片結構能力和雷電安全性。研究表明：1）不管葉片是用木頭或玻璃纖維制成或是葉片包括電體，雷電導致損害的范圍取決于葉片的形式2）多數情況下被雷擊的區域在葉尖背面。在研究的基礎上，LM 葉片防雷性能得到了發展，在葉片上裝有接閃器捕捉雷電，再通過葉片內腔導引線使雷電導入大地，約束雷電，保護葉片，設計簡單而耐用。