风电场怎么防雷

风电机组的内部结构紧凑，任一部件遭受雷击都可能使机舱内发电机及控制，信息系统等设备遭受高电位反击，并且由于雷击不可避免，风电机组防雷保护的重点在于遭受雷击时如何快速地将巨大的雷电流泄入大地，尽可能减少设备承受雷电流的强度及时间，最大限度地保障设备和工作人员的安全，使损失降至可接受的范围内。

风电场防雷中的叶片的防雷保护。

首先，我们来看风电场叶片的材料有哪些？

1，金属叶片，理论上只要金属的厚度达到相关标准的要求就可以使用风叶的防护变得简单。但是金属的使用会影响叶片的性能，增加风电机组的负荷，降低风电转换效率等，因此金属叶片目前还未有应用。

2，碳纤维叶片，从目前的研究成果看，碳纤维叶片的制造技术尚未成熟，也未进入实际应用阶段。碳纤维间的融合物普遍为非导电物质，单股碳纤维的通流容量较小，所以一旦遭遇中等强度的直接雷击将导致叶片的严重损坏。满足导电性能的粘合物成本太高，难以被市场接受，所以碳纤维叶片目前也未有应用。

3，复合材料叶片，目前大型风电机组的叶片大多由符合材料制成，不能承受直击雷或传导直击雷电流。当叶片运行一段时间后，叶片外部被污染物覆盖或者内部积攒水汽等，遭受雷击时则易发生故障损坏，因此应定期对叶片进行维护工作。

风电场叶片遭雷击断裂

知道了叶片的材料后，我们来看看雷电对叶片的损坏机理，雷击造成叶片损坏集中在两个方面：一方面是雷电击中叶尖后，释放的巨大能量使叶尖内部温度急剧上升，水分在极短时间内受热汽化膨胀，产生的巨大机械力致使叶尖结构爆裂，严重时甚至会造成整个叶片开裂破坏；另一方面是雷击叶尖产生的巨大声波也会对叶片的内部结构造成一定的破坏。

从上面两点，我们就来看下叶片如何进行防雷。研究表明，当物体被雷电击中时，雷电流总是会选择传导性最好（即电阻最低）的路径。针对这一特性，可以在叶片表面或内部构造一个相对阻抗较低的对地导电通道，使叶片免遭雷击破坏。在实际应用中，可以通过两种方法来实现：一时在叶片的尖部和中部各安装一个接闪器，接闪器通过不锈钢接头连接到叶片内部的引下线，将雷电流从叶尖引到叶根法兰处；二是叶片表面涂上一层导电材料，使叶片有充足的导电性能，从而将雷电流安全地传导到叶片根部进行泄流。

接闪器使一个特殊设计的不锈钢螺杆，装在叶片尖部或中部，相当于一个避雷针，起引雷的作用，避免雷直击叶尖。工程上要求接闪器应该能承受多次雷电冲击，并且可以更换。

引下线使一段铜芯电缆，位于叶片的内部，从接闪器部位开始，到叶片根部结束。为了使引下线于接闪器有良好的接触，引下线不能够移动。由于雷电流幅值巨大，要求引下线的铜导体横截面积不小于50MM2.发生雷击时，巨大的雷电流也不会使叶片的温度有明显的增高，能够使叶片避免遭受雷电流的破坏。

风电场叶片的安装

最后，根据叶片的类型不同，比如有无叶尖阻尼器的叶片，他的防雷结构也是有区别的。如果叶片是没有阻尼器的，一般在叶尖部分的玻璃纤维聚酯层表面预置金属氧化物作为接闪器，并通过埋置于叶片内部的引下线于叶根处的金属法兰相连接，外表面的金属氧化物可以是网状或者箔状。这样的表面即使在遭受雷击的情况下表面熔化或损伤，也不会影响到叶片内部的强度或结构。

如果是有叶尖阻尼器的叶片，叶尖阻尼器叶片将分成了两段。叶尖部分玻璃纤维聚酯层中预置的金属导体作为接闪器，通过由碳纤维材料制成的阻尼器于用于启动叶尖阻尼器的启动钢丝相连接。实验表明，这样结构的叶片在经受200KA的冲击电流实验后无任何损伤。但是，这样的叶片遭受雷击的概率将会比用绝缘材料制成的叶片高。

风电场机舱的防雷保护。如果对叶片采取了防雷保护措施，也就相当于对机舱进行了直击雷防护。尽管如此，机舱主机架除了与叶片相连接，在其上方还有风速计和风向仪，因此需要再机舱罩顶上后部设置一个或多个接闪杆，相当于避雷针，防止风速计和风向仪遭受雷击。接闪杆的引下线直接与机舱等电位系统连接。

风电场机舱安装中

现代风电机组的机舱罩大多用金属板制成，这相当于一个法拉第笼，对机舱内的不见起到了良好的防雷保护作用。由非导电材料制成的机舱罩可再机舱表面内布置金属带或金属网，同样能对机舱内部件起到防雷保护作用。

机舱内的部件与机舱罩通过铜导体与机舱底板连接，轮毂通过炭刷经铜导线与机舱底板连接。机舱和塔架通过一条专门的引下线连接，该引下线跨越偏航环，使机舱和偏航刹车盘通过接地线连接起来，保证雷击时不受损害。这样，雷击时机舱的雷电流通过引下线能够顺利地流入塔架，保证了机舱以及工作人员的安全。

将机舱外壳围绕塔架的铜电缆环作为电压公共结点，机舱内所有部件均应连接在此结点上，并由专门的引下线连接到塔架。为了使机舱罩上的避雷器与地保持等电位，根据法拉第笼原理可制造一个电缆笼，并将其连接于电压公共节点上。

风电场塔筒的防雷保护。风电机组多安装在海上，近海，海滩，海岛，高山，草原等风能资源较好的空旷地带，但均为雷击多发地区。同时，风电机组的塔筒很高，达到六七十米甚至上百米（大容量机组）。因此发电机组和相关控制驱动设备均处于高空位置，极易受到雷击。

对于塔筒，无论是外壳充当天然接地件，提供从机舱到地面的传导，还是作为内射引下线的载体，都在风电机组的防雷接地保护中充当重要的角色。

风电场塔筒安装中

塔筒防雷的引下线敷设，风电机组内，专设的引下线连接机舱和塔筒，且跨越机舱底部的偏航齿圈，即机舱和偏航制动盘通过接地线连接起来，从而雷击电流可以通过引下线顺利地导入大地，保证偏航系统不受到伤害，即使风机的机舱直接被雷击时雷电也会被导向塔筒而不会引起损坏。

值得注意的是，有些风电机组取消了塔筒内部铺设的引下线，希望利用塔筒自身的导电性能将雷击电流导入大地。其实这么做并不安全，首先每台风力发电机组的塔筒至少是由两段塔筒通过螺栓连接在一起的，两段塔筒连接的法兰面还涂有防水胶，增大了塔筒的导电性能；其次，雷击电流不是纯直流电流，此时塔筒相当于一个大的电感，当雷击电压作用于塔筒上时，根据电感特性，塔筒本身会产生反电动势，从而阻止雷击电流及时地导入大地。因此，仅仅将塔筒本身作为风力发电机组的避雷引下线是并不安全的。

风电场塔筒安装

不同材质塔筒的防雷措施。

1，钢质塔筒，钢质塔筒包括若干个20多米的钢制部件，其高度视具体情况而异。连接部分用一个不锈钢多孔板与法兰面上的孔一起用螺栓固定，从而使雷击不能沿紧固的螺栓进行传导。塔基处连接部分在3个彼此之间相差120度的位置上接到由95MM2的铜电缆组成的公共节点上，该节点则接到接地环或接地电极上。

2，混泥土塔筒，混泥土塔筒与钢制塔筒不同，其外壳不能作为泄流的天然导体，只能在内部铺设铜电缆（引下线）。雷电通过塔筒内的铜电缆仍是在3个彼此之间相差120度的位置上（并行路径）被散流。在塔基处，它们连接到与接地环和接地电极相连的电压公共节点上，从而不允许雷击电流沿着为加固塔筒而装设的钢拉线进行传导。目前混泥土塔筒已开始被广泛使用。如果采用预应力混泥土塔筒，或使用埋入混泥土的锚定螺栓安装塔筒，则不应将预应力元件用于接地或避雷。在配有预应力钢丝绳的混泥土塔筒中，要保证在上述防雷接地系统中引下线部分避开预应力钢丝绳的同时，将混泥土内部钢筋进行等电位连接，然后将其接入整个机组的引下线系统中，这样，既起到了导流的作用，也起到了屏蔽的作用。

3，混合塔筒，混合塔筒的底部为混泥土结构，上面为钢结构。尤其注意的是，在钢制部分和混泥土部分的连接处，钢制连接适合配法兰与钢制区法兰在附近有不锈钢的法兰面上选择3个彼此之间相差120度的位置用螺栓进行固定，不允许雷击电流沿螺栓传导。在混泥土区的钢质适配器依次接于3个彼此之间相差120度的接地电缆，后者则与混泥土塔筒中接法相同，接于塔基的与接地环和接地电极相连的电压公共节点。返回搜狐，查看更多