風(fēng)電機組的防雷保護

　　圖1 具有防雷區(qū)（LPZ）的風(fēng)電機組示意圖
　　LPZ0A 區(qū)有直擊雷（繞雷）侵襲的危險，完全處在電磁場環(huán)境中，具有雷擊電涌破壞的可能。這個區(qū)域包括：葉片、機艙罩避雷針系統(tǒng)、塔架、架空電力線、風(fēng)電場通信電纜；LPZ0B 區(qū)沒有直擊的危險，但電磁場環(huán)境與雷電電涌沒有任何減低。這類區(qū)域包括葉片加熱部分、環(huán)境測量傳感器、航標(biāo)燈未平蔽的機艙內(nèi)部、發(fā)電機、齒輪箱、冷卻系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、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(qū)可選擇SPD 保護設(shè)備，存在電涌破壞的危險，電磁場由于屏蔽作用已經(jīng)減弱。這類區(qū)域包括機艙內(nèi)、塔架內(nèi)的設(shè)備如電纜、發(fā)電機、齒輪箱等。
　　LPZ2 區(qū)電涌破壞進一步減弱，電磁破壞影響更小。
　　這類區(qū)域包括塔架內(nèi)電氣柜中的設(shè)備，特別是屏蔽較好的弱電部分。
　　4 防雷保護的設(shè)計原則
　　在進行防雷設(shè)計時，可遵循如下設(shè)計原則：1）用有效的方法及當(dāng)今主流的技術(shù)和設(shè)備，保證系統(tǒng)的正常工作2）防雷設(shè)計應(yīng)考慮投資合理性，突出重點并能兼顧全面3）防雷系統(tǒng)應(yīng)具有合理的使用壽命4）為便于系統(tǒng)的維護，防雷設(shè)計必須遵守國際標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
　　直擊雷的防護設(shè)計在沒有技術(shù)突破的前提下仍然沿用傳統(tǒng)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(fā)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(nèi)部和機艙頂部安裝接受體和導(dǎo)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(dǎo)到大地，達到釋放電流的目的。在不同的防雷保護區(qū)域之間進行電氣連接過渡，必須安裝SPD 保護設(shè)備。為減少電磁干擾的感應(yīng)效應(yīng)，在需要保護的空間內(nèi)增加屏蔽措施。為了改進電磁環(huán)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(yīng)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機安裝的地理環(huán)境及其自身的電氣、結(jié)構(gòu)特點而制定，目的是為了減少雷擊風(fēng)機所發(fā)生的人身傷亡和財產(chǎn)損失，做到安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。

　　5 風(fēng)電機組的防雷保護
　　5.1 葉片的防雷保護
　　風(fēng)電機組中最高部分就是葉片的最高高度，當(dāng)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(fēng)電機組遭雷擊破壞影響最大的一種情況。針對風(fēng)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(fēng)電開發(fā)商在內(nèi)，目的在于調(diào)查研究雷電導(dǎo)致葉片損害的情況，開發(fā)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致?lián)p害的范圍取決于葉片的形式2）多數(shù)情況下被雷擊的區(qū)域在葉尖背面。在研究的基礎(chǔ)上，LM 葉片防雷性能得到了發(fā)展，在葉片上裝有接閃器捕捉雷電，再通過葉片內(nèi)腔導(dǎo)引線使雷電導(dǎo)入大地，約束雷電，保護葉片，設(shè)計簡單而耐用。