风机的防雷必要性及电气系统过压保护

李磊

(北京鼎好鑫源科技有限公司北京朝阳区100026)

摘要：风力发电场的地理位置特殊性，地势高、地理位置空旷，以及风电发电机组的高度普遍超过100m等特点，风电机组设备容易遭受雷击，且由于风电机组的维修维护成本高，因此需要对风电机组，设计完善的防雷保护。

关键词：风电机组；LPZ防雷保护分区；SPD电涌保护器

0引言

国家发展和改革委员会在2014年9月发布《国家应对气候变化规划（2014-2020年）》，在规划中，明确提出：将“优化能源结构”作为控制温室气体排放重要实施规划。大力开发风电。2020年并网风电装机容量达到2亿千瓦。

随着风机整机功率的增大，风机轮毂的高度在不断增高，叶片的长度越来越长，由于风电场多位于高海拔地区、旷野，或者沿海地区，常年遭受雷击的影响。雷击不但是风机故障检修的主要原因之一，更严重影响了风电场的发电效率，对投资方造成了大量的损失。

1雷电的发生及雷击破坏

1.1雷电的发生

雷击指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪光并伴随巨大的声音。

通常，雷击对有以下三种主要的形式：

直击雷：带电云层和大地上某一点发生的剧烈的放电现象。

感应雷：带电云层和大地建筑物之间的静电感应现象，导致建筑物带相反电荷。直接雷击发生后，带电云层电荷消失，大地建筑物由于接地电阻大的原因，而导致相反电荷形成短暂但高电压的脉冲电流，脉冲电流对建筑物内的电气电子设备造成危害的现象。

球形闪电。

根据雷击电流产生的放电先导的方向，可以将雷电流分为四类雷击形式：云对地负闪击地对云正闪击、云对地正闪击、地对云负闪击。其中，云对地放电多为负闪击，电流峰值20-50KA居多；正闪击能量大，雷击电流峰值经常超过100KA。

雷击通常为多次雷击，首次雷击能量最大，首次短冲击波形是10/350µ波形，后续短冲击波形是8/20µ波形，二者之间能量差异巨大。

本文风力发电机组防雷保护，风电机组按照第一类防雷建（构）筑物进行SPD的设计选型，首次正极性雷击电流幅值I(kA)为200kA。

雷击的发生主要和地理位置、地质条件、季节和气象等因素有关。例如：土壤电阻率较低的环境，容易发生雷击；土壤中含有金属矿藏的地区、河岸、低洼地区和地下水位高的地区等环境，容易发生雷击；夏季雷击活动活跃，冬季雷击最少；赤道附近雷击活动活跃，维度越高，雷击活动越少，极地最少。

同时，如果地面存在较高的建筑物，由于尖端放电效应，建筑物的尖顶存在较强的电场，尖顶周围的电场发生畸变，则更容易遭受雷击。