摘要：众所周知，水平轴风力发电机组的容量越大，机组离地面的高度就越高，因而被雷电击中的概率就越大。全防雷保护装置在风力发电设备上使用，可以保证风力发电机组的使用寿命，避免机组零部件受到雷电的侵害，从而避免风力机因自然灾害导致发电量的损失。
关键词：风力发电机；全防雷装置防雷；
众所周知，水平轴风力发电机组的容量越大，机组离地面的高度就越高，因而被雷电击中的概率就越大。由于雷电现象的随机性，无论采取何种措施，也不能保证可完全避免雷击的可能性。因此，如何有效地将雷击可能导致的损坏减至最小就是风力发电机制造厂家面临的重要课题。对此给出了详细的介绍。
1风电场风电机组受雷击状况的调查与分析
雷击情况调查具体内容为：
（1）风电场位置（主要了解所在地区的海拔高度及地面地质结构）
（2）风电场开始运行日期
（3）风力机型式（容量，风轮叶片数，变桨调节或失速调节）
（4）风电场内机组数量
（5）风力机轮毂高度
（6）风轮直径
（7）风力机叶片材料
（8）叶片上防雷保护措施
（9）风力发电机组其他部分防雷保护措施
主要的结论是：（1）风电场内因雷击损坏的主要风电机组部件是风力机叶片及电子控制系统和通讯系统；（2）没有叶片防雷保护的风力机，其叶片更易遭受雷击损坏；（3）不同材料制成的叶片受雷击损坏的情况不同，在GRP（玻璃增强塑料）叶片，环氧玻璃叶片，钢叶片及环氧树脂木质叶片中以环氧树脂木质叶片最不易受到明显的雷击损坏。
雷击资料数据
(1) 根据对不同地点的调查，风电机组地点选在沿海岸，平坦地面（低地）或山地（高地），可能导致的雷击事故有很大区别。
(2)风电场的雷击事故数据分析还给出了下述的结果：
(a)风电机组内个别部件受雷击损坏的比率如图1所示，由图中可以看出全部雷击事故的40—50%涉及到风电机组控制系统的损坏，15—25%涉及到电气系统（熔断器，与公用电网联接等），15—20%涉及到风力机的叶片，5%涉及到发电机。
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（b）风电机组个别部件因雷击损坏后而导致的风电机组可利用率的损失如图2所示，可以看出叶片，发电机，控制系统及电气系统4种部件的损坏是影响可利用率的主要部件。
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通过调查资料，在雷击造成风电机组停机后大约有50次（占10.5%的雷击事件）风电机组顺利再次起动，这充分说明了防雷保护对降低雷击损坏的重要性。
2全防雷保护装置
根据抽查风电场在风机上安装了全防雷保护装置的使用情况。按照IEC-1024-1保护标准的最严格的四个等级，风机从叶尖至基础部分全都被保护起来。虽然风机并不经常遭雷击，但塔架越高，被雷击的概率就越大。而且无论多么有效地保护风机，也不可能完全消除被雷击的危险。因此，这并非是避免雷击的问题，而是如何通过风机和塔架来控制和传导雷电的问题，并由此使受损的可能性减到最小。
全防雷保护的基本思想
如果在最坏的情况下，一台风机被雷电击中，那么雷电总会选择传导性最好的路径，即阻力最小的路径。全防雷保护利用了风机上这种特殊的“防雷路径”的保护装置。雷电由叶尖向下传导至轮毂处，再通过机舱和塔架导入地下，非常简单而又极为有效。
叶片防雷保护
在风机上的每个叶片都由伸展于叶尖和叶片轮毂处的铜导体所保护。如果发生雷击，雷电就会被装于叶尖后和叶片支撑体的50平方毫米粗的铜导体向下传导。这一高强度的放电被导入了叶根的铝层部分，而不会引起叶片结构的温度明显上升。
机舱及塔架防雷保护
雷电由叶片轮毂导入机舱，途径机座进入塔架。机舱后部还装有一个雷电导体，它保护了风向仪和风速计，并保证即使风机的机舱直接被雷击时，雷电也会被导向塔架而不会引起任何损害。在风机内全部采用等电位连接方式。或通过连接导体，或自然连接保证来保护人们不受到接触电压的危险。而且，通过消除电涌装置与电网实现等电位连接。
雷电是由此经两条平行的铜导体引导，经过塔架的全长传入接地系统的。
接地系统
完全雷电保护装置包括一个有效的接地系统，它为人类和动物提供了最大限度的保护。此系统包括一个厚铜环导体，它安装在距风机混凝土基础一米远处的地面下一米的地方。此环导体贴附于装在基础两侧的两根铜皮接地棒上。如果发生雷击，这种环状电极为在塔架附近的人类和动物把步电压和接触电压降低到最小限度。
从风机到变压器
TN系统很好地保护了风机使用的电气系统和变压器，此系统使用了一个裸铜PE导体。这些被平行地接入变压器的主电缆。
与电网的连接
为保护整个电气装置，全防雷保护装置为所有电压等级的输电线路（即10—20kV，690/480V，230V和24V）提供了过电压保护。
控制装置防雷保护
风机有两个控制装置，一个位于机舱中，另一个在塔架底部，它们也有防雷保护装置。通过使用通讯光缆及有效的屏蔽系统，全防雷保护装置还使得敏感的处理器和I/O模块（数字输入和输出）不受雷电的干扰。
综上所述，可以认为全防雷保护是保证风力机可靠运转，免除或减少雷电袭击的有效方法。全防雷保护装置在风力发电设备上使用，可以保证风力发电机组的使用寿命，避免机组零部件受到雷电的侵害，从而避免风力机因自然灾害导致发电量的损失。
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