風電機組的防雷防護技術及應用

　　我國的風電場從年平均雷電日較少的新疆和內蒙開始發展，當初是450kW級以下的風力機，因此雷害并不突出。目前MW級的大功率的風電機成為風場的主機型，大功率風電機的風塔高度已經超過120m，是風場中最高大的構筑物，在風電機組的20年壽命期內，總會遭遇到幾次雷電直擊。今后我國將大力發展2.5MW級以上的風電機組，風電機組還將設置在蘇北沿海、華南，甚至設置海上風場。因此風電機組的雷害問題引起了風電行業從業人員的重視。風電機組的防雷被提到風電研發人員的議事日程。
　　國際電工委員會IEC第88工作委員會（IEC TC 88）在編制風電機組系列標準IEC61400時，編制了一個技術報告（TR)，作為IEC 61400系列標準的24部分于2002年6月出版。該標準已經由我國風標委等同采用上報為國家標準。當時IEC是想為這個相對年經的工業提供雷電和防雷知識。該標準提供了一些風力機雷害的背景資料，也提供了最實用的防雷指導。在幾年的實踐中證明了該技術報告對防止和減少風電機組的雷害是有效的。近年來，全世界清潔能源發展勢頭越來越猛，風電產業迅速向大功率風力機發展，并且更加繁榮和更加成熟，風場向外海設置，使雷害的問題比2002年以前更加復雜和突出。因此！EC第88工作委員會正在制定一個作為風電機組防雷標準的文件供風電行業人員使用。將IEC 61400由技術報告（TR）升級為技術標準（TS）。
　　風電機組的雷害
　　2006年，IEC的TC81發布了系列標準IEC 62305《雷電防護》。它主要是建筑物及建筑物內的電氣電子設備的防雷規則，對于風電機組，其基本原則可以采用，但具體的防護方法則需要根據風機和風場的特點確定，這也是I EC第88工作委員會第24項目組編制新的風電機組防雷的原因。
　　IEC第88工作委員會第24項目組認為，風電機組的雷害是其它建筑物不曾有的，因為：
　　 —風電機組是高度超過150m的高大構筑物；
　　 —風電機組常常布置在非常容易
　　受到雷擊的場地；
　　—風電機組的許多暴露部件，如葉片和機艙蓋往往由不能承受直擊雷或傳導直擊雷電流的復合材料制成；
　　 —葉片和機艙是轉動的：
　　—雷電流必須通過風力機的結構傳導到大地，因此，實際上大部分雷電流將流經或靠近所有的風力機部件。
　　—風電場中的風電機組往往位于接地條件不好的區域。

　　直擊雷可以使風輪葉片遭到損毀。雷電電磁脈沖等非直接雷擊可以使發電機、變壓器、變頻器等電氣設備和控制、通信、SCADA等電子系統等災難性損壞。也有極個別的輪v、齒輪箱、液壓系統、偏航系統和傳動系統及機械制動器等遭到雷擊損壞。在2008到2009年期間，我國的風機雷害也開始顯現，筆者在風場，親眼看見了風機葉片，變頻器以及控制、通信、SCADA等電子系統受雷害造成經濟損失的情景。
　　按照雷害次數統計，控制系統、傳感器、通信、SCADA等弱電部件的雷害概率較大，這是因為這些弱電器件的耐過電壓和過電流的能力較弱，雷電電磁脈沖一即雷電感應過電壓會使其損壞，但由于維修方便，直接和間接經濟損失與風輪葉片比較不算很大。風輪葉片在直擊雷襲擊的時可能會損毀，直擊雷概率較小，風輪葉片遭到直擊雷襲擊的概率更小，但葉片一旦遭到雷擊，損壞就會比較嚴重，葉片維修和恢復都很費事，離岸和在邊遠地區設置的風機，運輸物資極其困難，維修人員的開銷很大，同時風電場停止運行的收入損失也是巨大的。因此，風輪葉片的雷害造成的直接和間接經濟損失都是巨大的，所以葉片的雷害最引人關注。