風(fēng)電機(jī)組的防雷和防雷標(biāo)準(zhǔn)

　　3.2.3 風(fēng)電機(jī)組各部件的防雷
　　新標(biāo)準(zhǔn)建議風(fēng)電機(jī)組采用IEC 62305-3 Physical Damageto Structures and Life Hazard（建筑物的物理?yè)p壞和生命危險(xiǎn)）規(guī)定的防雷程序，所有的分部件都按照Ⅰ類(lèi)防護(hù)水平設(shè)計(jì)防雷措施。
　　（1）葉片
　　風(fēng)電機(jī)組的葉片幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長(zhǎng)度超過(guò)60m，且由導(dǎo)電不良的增強(qiáng)型纖維復(fù)合材料制成，安裝在高度超過(guò)100m 的高塔上，垂直旋轉(zhuǎn)（水平軸風(fēng)電機(jī)組），并暴露在直擊雷下，因此它的防雷比IEC 62305-3 所說(shuō)的建筑物要復(fù)雜。
　　IEC 62305 系列標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)建筑物遭到雷擊的可能性和建筑物所處環(huán)境的雷電電磁脈沖強(qiáng)度將建筑物劃分為若干防雷區(qū)，圖3 是風(fēng)電機(jī)組的防護(hù)區(qū)示意圖。圖4 是滾球法用于風(fēng)電機(jī)組的示意圖。葉片是風(fēng)電機(jī)組中最暴露的部分，用滾球法可以看到，葉片的大部分位置處于LPZ0A 區(qū)（圖4），并經(jīng)受全部電磁場(chǎng)和機(jī)械（壓力波）影響以及雷電流、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和雷擊的能量。因此，葉片必須加以防護(hù)。對(duì)葉片的保護(hù)是否足夠，應(yīng)當(dāng)看其設(shè)計(jì)和安置葉片接閃器系統(tǒng)后能否有效的截獲雷電，以及導(dǎo)流系統(tǒng)能否疏導(dǎo)與Ⅰ類(lèi)防雷水平一致的雷電流（除非風(fēng)險(xiǎn)分析證明表1 所示的LPL Ⅱ和LPL Ⅲ已經(jīng)足夠）。

圖5 防雷型復(fù)合材料葉片

　　雖然滾球法指出了雷電可能襲擊葉片表面的大部分地方，但現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)證明大部分雷電還是擊中葉尖位置，只有少數(shù)擊中葉片的其他地方。新標(biāo)準(zhǔn)推斷IEC 62305-3 的接閃器保護(hù)范圍的計(jì)算方法（滾球法、保護(hù)角法等）并不完全適用于風(fēng)電機(jī)組，所以還需大量的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查才能真正作出葉片雷害機(jī)理的解釋。新標(biāo)準(zhǔn)要求葉片制造商要在葉片設(shè)計(jì)室進(jìn)行接閃系統(tǒng)和導(dǎo)流系統(tǒng)截獲雷電和傳導(dǎo)雷電流的能力的試驗(yàn)。筆者認(rèn)為我國(guó)是一個(gè)多雷的國(guó)家，各地雷害頻度和雷擊強(qiáng)烈程度有很大的差異。為了既能防雷，又能降低成本，需要按照不同的風(fēng)電場(chǎng)雷電環(huán)境，設(shè)計(jì)葉片并進(jìn)行不同電流和電壓等級(jí)的試驗(yàn)。
　　新標(biāo)準(zhǔn)推薦了如圖5 的防雷型葉片，要求設(shè)計(jì)葉片時(shí)要考慮葉片在遭到雷擊時(shí)，接閃器要準(zhǔn)確地截獲雷閃，電氣傳導(dǎo)部件例如尖軸、炭纖維復(fù)合材料和葉片中傳感器導(dǎo)流線等必須有良好的傳導(dǎo)雷電流的功能。

　?。?）機(jī)艙和其他構(gòu)件
　　風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙和其他構(gòu)件（如輪轂、塔架），應(yīng)當(dāng)有接閃能力，盡可能使用大的金屬構(gòu)件作接閃器。還要將金屬構(gòu)件做等電位連接，將雷電流傳導(dǎo)到接地系統(tǒng)。機(jī)艙上氣象儀表、航空燈等的避雷針、引下線以及搭接線的尺寸要滿足IEC62305-3的要求。
　　總之，機(jī)艙和其它構(gòu)件的防雷可以直接采用IEC62305 系列標(biāo)準(zhǔn)所描述的方法。按圖4 所示，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)劃分為若干防雷區(qū)LPZ，設(shè)計(jì)人員應(yīng)計(jì)算雷電風(fēng)險(xiǎn)水平，并根據(jù)等電位搭接、電磁屏蔽和采用SPD 等設(shè)計(jì)防雷系統(tǒng)。
新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)艙和其他構(gòu)件的防雷有詳細(xì)的規(guī)定。
　　（3）機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)
　　機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的防雷非常重要，因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、傳動(dòng)軸、齒輪、液壓和電氣執(zhí)行系統(tǒng)，在雷電擊中葉片時(shí)，它們都處于雷電流的徑路上，巨大的雷電流可以使其受到機(jī)械損壞。新標(biāo)準(zhǔn)建議機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所有部件都要經(jīng)受住雷電流或運(yùn)動(dòng)部件間的雷電弧而不受損害，例如，軸承和執(zhí)行機(jī)構(gòu)用滑動(dòng)接觸器或火花間隙進(jìn)行防護(hù)。這些部件設(shè)計(jì)成可以將雷電流從被保護(hù)部件上轉(zhuǎn)移或減少雷電流流經(jīng)部件的數(shù)值，直到該雷電流小到部件可以承受的水平。新標(biāo)準(zhǔn)要求這種防護(hù)系統(tǒng)的有效性可以用大電流試驗(yàn)檢測(cè)，在試驗(yàn)室時(shí)要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析出有效的結(jié)論，并且應(yīng)當(dāng)計(jì)算出易耗部件如滑動(dòng)接觸器和間隙的壽命。