風(fēng)電機組的防雷和防雷標(biāo)準(zhǔn)

　1 引言
　　在我國風(fēng)電發(fā)展初期，風(fēng)電場大部分集中在年平均雷電日較少的新疆和內(nèi)蒙古等地區(qū)，采用的主要是450kW 級以下的風(fēng)電機組，雷害問題并不突出。隨著我國風(fēng)電場建設(shè)速度不斷加快、規(guī)模不斷擴大以及風(fēng)電機組的日益大型化，風(fēng)電機組的雷害也日益顯露?，F(xiàn)階段，我國風(fēng)電場開發(fā)不斷向高海拔和沿海地區(qū)拓展，大功率風(fēng)電機組的塔架最高已經(jīng)超過120m，是風(fēng)電場中最高大的構(gòu)筑物。在風(fēng)電機組的20年壽命期內(nèi)，難免會遭遇到雷電的直擊。中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會于2009 年9月在肇慶召開的葉片專業(yè)組年會，將葉片的防雷作為一個重要問題進行了研討，說明風(fēng)電機組防雷已經(jīng)引起專家的高度重視。
國際電工委員會（IEC）第88 工作委員會（IEC TC 88）在編制風(fēng)電機組系列標(biāo)準(zhǔn)IEC 61400 時，編制了一個技術(shù)報告（TR），作為IEC 61400 系列標(biāo)準(zhǔn)的第24 部分于2002 年6 月出版，其初衷是想為這個相對年經(jīng)的工業(yè)提供防雷知識。該標(biāo)準(zhǔn)在幾年的實踐中證明，技術(shù)報告對防止和減少風(fēng)電機組的雷害是有效的。但是隨著大型風(fēng)電機組的發(fā)展和風(fēng)電場向外海的拓展，雷害問題比2002 年以前更加復(fù)雜和突出。因此，有必要制訂一個風(fēng)電機組防雷標(biāo)準(zhǔn)以供風(fēng)電行業(yè)人員使用。將IEC 61400 由技術(shù)報告（TR）升級為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（TS）便提上了議事日程。
　　2 風(fēng)電機組的雷害
　　IEC 61400-24 2002 中， 闡明了不同于其他建筑物的風(fēng)電機組雷害問題，機組的結(jié)構(gòu)特點、工作原理以及所處場地等因素使其容易遭受雷害。人們已經(jīng)了解建筑物高度對雷擊過程的影響。高度超過60m 的建筑物會發(fā)生側(cè)擊，即部分雷電擊中建筑物側(cè)面而不是建筑物頂部。風(fēng)電機組塔架是高于60m 的構(gòu)筑物，所以側(cè)擊概率比建筑物大很多，并造成嚴(yán)重?fù)p害。另外，從雷電機理可知，與上行雷相關(guān)的起始連續(xù)電流轉(zhuǎn)移的電荷量可以高達300C，也就是說，上行雷造成的對建筑物的損壞比例隨著高度增加而增加，當(dāng)塔架高度超過100m 時上行雷擊的概率升高。而風(fēng)電機組一般設(shè)置在風(fēng)力強大的高于周圍地區(qū)的制高點，并且遠(yuǎn)離其他高大物體，例如海岸、丘陵、山脊，這些地區(qū)正是雷電多發(fā)區(qū)，因此更能吸引雷電。
　　據(jù)德國、丹麥、瑞典等歐洲國家統(tǒng)計，雷電引起故障的頻率是，每年每百臺機組達3.9 次到8 次。直接雷擊可以使葉片遭到損毀；雷電電磁脈沖（雷電感應(yīng)過電壓）等間接雷擊可以使發(fā)電機、變壓器、變流器等電氣設(shè)備和控制、通信、SCADA 等電子系統(tǒng)遭受災(zāi)難性損壞；也有極個別的輪轂、齒輪箱、液壓系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)及機械制動器等雷擊損壞的報道。其中控制系統(tǒng)、傳感器、通信、SCADA 等弱電部件遭受雷害的概率較大，這是因為這些弱電器件的耐過電壓和過電流的能力較弱，雷電電磁脈沖會使其損壞，但由于維修方便，直接和間接經(jīng)濟損失與由于葉片損壞所造成的損失相比不算很大。
　　葉片在遭到直擊雷時損壞都比較嚴(yán)重，且遭到損毀的葉片不易修復(fù)。離岸或在邊遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)置的機組，物資運輸極其困難，維修人員的開銷很大，同時風(fēng)電場停止運行的收入損失也是巨大的。因此，葉片的雷害最引人關(guān)注。
　　另外一個問題是現(xiàn)代大型風(fēng)電機組的葉片用不能傳導(dǎo)雷電流的復(fù)合材料制成，例如玻璃纖維增強塑料或木材層壓板。在葉片未加防護時，一旦被雷電擊中就會造成損壞。因此，對這類葉片作防雷要求是必要的。用玻璃纖維增強塑料制成的機艙外殼，也應(yīng)當(dāng)采取防直接雷擊措施。