苏航 刘文博
吉林龙源风力发电有限公司
【摘 要】对于风力发电机组防雷性能的改善，要明确风机防雷的特点，了解防雷的环境，懂得防雷的重要性，对于风电机组的防雷的运行原理进行了解与说明，对电流的峰值、电流的陡度、电荷的转移等概念要明确。风力发电机在运行的过程中，发电机组的性能直接决定风力发电的效率，为保证风力发电机组正常运行，因此对防雷性能进行改进与完善，保证风电机组运行的安全，提升风力发电厂的经济效益，完善风力机组生产秩序和运行标准。
【关键词】风力发电机组；防雷；性能改善
随着我国防雷技术的发展，风力作为清洁能源，在近几年作为发电的重要能源，致使大量的风力发电机组被应用，为了保障风力发电机组运行的安全，结合防雷技术完善机组发电的安全性能。风电机组安装于风力较大的地带，致使机组易遭受自然界雷电的攻击，雷电释放的能量，会击穿机组电路控板，引起机组叶片的损毁，造成控制主板的燃烧，因此风电机组要进行防雷的设计，保证机组稳定运行。
1.风机的防雷特点分析
1.1风力发电机组所处环境
风力发电机组有机组和叶片组成，机组安置于旷野和山区地带，同时安装大型的风力叶片，叶片在风速推动下，风力可达到60米。机组应用控制元件，对电路板进行电压的控制，要求机组的电压不能超过700伏，同时旷野和山区地带所处自然环境，雷击的现状较多，因此要完善机组的防雷技术。
1.2防雷技术的重要性
风电机组设备元件组装精密且造价昂贵，风电机组的整体价格就超出风力工程投资比的一半，但由于风电机组自身通电性能，导致雷击的概率不断攀升，在风电机组遭受雷击之后，不光要对电路板元件进行维修，也要对叶片进行维护，造维护的费用上要支出一大笔资金，才能保障风电机组的正常运行。当叶片遭受雷击后，若雷击点在叶尖，可以进行尖部的修复，但要击穿叶片的中心体，则需要更换整体的叶片，在维护上费用昂贵。在机组的维护上，需要提升维修人员的技术标准，避免因为维修人员的失误操作，造成机组维修的再次损毁，以免更换元件的性能无法使用。
2.雷击损坏机理
随着人们对可再生能源利用价值认识的提高，以及风电机组制造、控制和其它相关技术的不断进步，风力发电在近十几年来的发展非常迅速，风力发电机组的单机容量越来越大，一台风力发电机组的价值巨大，价格往往占到总工程造价的60%以上，因此风电场的安全运行问题也越来越受到人们的关注，为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径随着增高，风力发电机通常位于开阔的区域，所以整个风机是暴露在直接雷击的威胁之下，被雷电直接击中的概率是与该物体的高度的平方值成正比。兆瓦级风力发电机的叶片高度达到150m以上，因此风机的叶片部分特别容易被雷电击中。
2.1雷击现状
雷电现象的产生是通过云层中正负电荷的相互碰撞，与地表间的电荷进行放电的反应，以此形成雷击现象，当风电机组遭受雷击时，地表的正电荷与雷云层中的负电荷进行碰撞，产生巨大的电流冲击，若风电机组没有防雷技术，造成机组元件的损毁。而防雷技术的应用，对每一次机组雷击的参数进行记录，雷击的参数包含电流的峰值、电荷的转移、电流的陡度等参数值。
2.2电流峰值
当雷电流过被击物时，会导致被击物温度的升高，风电机组叶片的损坏在很多情况下与此热效应有关。热效应从根本上来说与雷击放电所包含的能量有关，其中峰值电流起到很大的作用。当雷电流过被击物时（如叶片中的导体）还可能产生很大的电磁力，电磁力的作用也有可能使其弯曲甚至断裂。另外，雷电流通道中可能出现电弧。
电弧产生的膨胀过压与雷电流波形的积分有关，其燃弧过程中的强烈高温将对被击物产生极大的破坏。这也是导致许多风电机叶片损坏的主要原因。
2.3电荷转移
当机组遭受雷击后，大量的电荷瞬间转移，在电流相对持续时间较长的情况下，在电流相对幅度较低的状态下，形成雷击的差生，雷击电流直接击穿电路元件，造成元件的熔化，对叶片表面进行灼烧。雷击的路径如同电弧的形状，在电弧的周围形成灼斑。雷击电流电荷数量较大，对风电机组运行的安全造成影响，因此对于叶片轴承的衔接处进行静电处理，以免形成静电电流，造成雷击的产生。没有进行进店涂层的处理，会造成轴承雷击熔焊现状，加速轴承腐蚀磨损的速率。
2.4电流陡度
风电机组在遭受雷击的一瞬间，造成电路元件的损坏，产生大量的电荷，电荷的正负极产生电极反应，形成电流陡度。雷击的过程中，由于电压过高，产生电流磁效应，引起电磁场坡度的变化，电流陡度的随电压的增大而升高。
3.风电机组及各部件防雷保护措施
风力发电机的防雷主要需要重点解决叶片和轮毂、齿轮箱、轴承、传动装置、发电机、电气部分、控制系统等雷电防护问题。针对这些不同的需要保护的设备，我们划分不同层次的防雷区域，采取接闪、泄流、接地、等电位连接、屏蔽和限压等多种防护措施，使之大幅度的提高风电机组的防雷可靠性。对于直击雷采用风电扇叶设有接闪器，当雷雨云接近接闪器时，它会感应出大量的异性电荷，通过导电线和受电端向空中放电与雷雨云中的电荷中和减弱雷雨云的电场强度，达到防雷目的。如受电端果是直击雷，避雷针可以把雷电流引入大地，从而起到保护作用。
为了防护感应雷对供电线路，传输电缆和架空天线及高层导电线建筑的破坏，可以在线路上安装碳化硅阀型避雷器或金属氧化物避雷器。对于雷击电磁脉冲，是在风机附近遭受直接雷击或附近遭雷击的情况下，产生电磁辐射，其电场和磁场能够耦合到箱变系统中，从而产生干扰性的浪涌电流或浪涌电压，因此我们要加装浪涌保护器。雷电波侵入是雷电对风电埋地的电缆或架空的线缆的作用，所产生的雷电波可能沿着这些金属导体、管路，特别是沿着天线或架空电线将高电位引入箱内部造成反击。因此，对架空线需进行穿钢管，对埋地线缆要金属铠装电缆并穿钢管全线埋地引入。埋地线缆与架空线缆交接处要安装避雷器。
当金属设备与叶片进行衔接时，应进行等电位参数的设计，有效规避电位攀升产生雷击现状，提升机组电路保护性。为有效防止雷击的干扰，在机组整体的防护上，利用金属网对机组壳体进行保护，将雷击的闪电脉冲波引导到金属网表层，起到雷击的屏蔽效果。通过接地装置，将雷击的电流引导至接地装置上，进行机组的防雷功能。防雷工程需要借助接地技术，对雷击产生的大量电荷进行释放，因此接地装置必须能承载上千伏的雷击电压，对于装置运行的稳定性和安全性严格把控，对风力发电系统进行防雷击的保护。
4.结语
综上所述，对于风电机组防雷性能的完善，要先明确雷击产生的原因，通过雷云层的负电荷与地表的正电荷发生电极反应，风电机组处在旷野与山区间，在自然条件下易产生雷击现象，易击毁机组的元件与叶片，造成机组运行的故障。在风电机组组装上，应完善防雷措施，提升机组防雷的效率，保障机组运行的安全。在风电传输线上，安装避雷器，直接将雷击电流引入避雷器中，避免击毁机组的电路元件。对于风电机组金属设备，进行等位电压线路的铺设，为避免电磁波影响机组的运行，对机组整体进行罩网防护，起到防雷击的作用。
参考文献
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