大功率風力發電機組葉片的雷擊分析與防雷系統設計

　　摘 要：針對兆瓦級大功率風力發電機組越來越多地應用于風電場建設，以及雷電對風力發電機組安全運行的危害日益突出，本文在參考大量國內外研究資料的基礎上，分析了風力發電機葉片遭受雷擊損害的機理，整理并歸納了葉片有效的雷電防護措施有助于國內風力發電場對機組葉片進行有效地雷電防護。

　　0 引言
　　現代風力發電機組提出了與其他建（構）筑物不曾有的防雷問題，這些問題是：
　　——風力發電機組是高度超過150m 的高大構筑物；
　　——風力發電機組常常安裝在非常容易受到雷擊的場地；
　　——風力發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、輪轂、發電機與機艙是相對旋轉的，不利導流；
　　——雷電流必須通過風力發電機組的金屬結構傳導到大地，因此，實際上大部分雷電流將流經或靠近所有的機組部件。其中機組中所使用SPD 要特制，必須滿足電磁兼容要求。
　　——風電場中的風力發電機組的相互電氣連接，往往位于接地條件不好的區域。
針對上述問題，我們通過對介紹葉片遭雷擊的損壞機理、雷擊葉片試驗等對葉片遭雷擊現象分析，得出有針對性的葉片雷電防護系統的設計。[2][3]
　　1 葉片損壞現象和機理
　　雷擊點出現的典型損壞現象有以下幾種情況：
　　1.1 開裂和灰化
　　葉片表面復合材料開裂和灰化，以及雷擊點的金屬部件燒毀或熔化。開裂屬于機械損壞，灰化屬于熱效應的結果。
　　1.2 電弧
　　雷電流在葉片內部形成電弧，或在葉尖雷擊點和導體部件之間常會形成內部電弧。風力發電機組的葉片的損壞最為嚴重，空氣中的電弧會存在于葉片內的空洞和葉片表面，屬于電氣損壞。
　　1.3 爆裂
　　雷電流傳到復合材料層之間時，因為層間有些潮氣，內部電弧加熱潮氣引起壓力沖擊使葉片爆裂或使葉片表面沿著前后緣和葉片承載梁處撕裂損壞，小至葉片表面發生裂紋，大到葉片完全碎裂。有時壓力波會通過輪轂從受雷擊的葉片傳到其他的葉片上而引起損壞。屬于熱效應和機械損壞。