风电机组的防雷和防雷标准

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1、风电机组的防雷和防雷标准1引言　　在我国风电发展初期，风电场大部分集中在年平均雷电日较少的新疆和内蒙古等地区，采用的主要是450kW级以下的风电机组，雷害问题并不突出。随着我国风电场建设速度不断加快、规模不断扩大以及风电机组的日益大型化，风电机组的雷害也日益显露。现阶段，我国风电场开发不断向高海拔和沿海地区拓展，大功率风电机组的塔架最高已经超过120m，是风电场中最高大的构筑物。在风电机组的20年寿命期内，难免会遭遇到雷电的直击。中国可再生能源学会风能专业委员会于2009年9月在肇庆召开的叶片专业组年会，将

2、叶片的防雷作为一个重要问题进行了研讨，说明风电机组防雷已经引起专家的高度重视。国际电工委员会（IEC）第88工作委员会（IECTC88）在编制风电机组系列标准IEC61400时，编制了一个技术报告（TR），作为IEC61400系列标准的第24部分于2002年6月出版，其初衷是想为这个相对年经的工业提供防雷知识。该标准在几年的实践中证明，技术报告对防止和减少风电机组的雷害是有效的。但是随着大型风电机组的发展和风电场向外海的拓展，雷害问题比2002年以前更加复杂和突出。因此，有必要制订一个风电机组防雷标准以供风

3、电行业人员使用。将IEC61400由技术报告（TR）升级为技术标准（TS）便提上了议事日程。　　2风电机组的雷害　　IEC61400-242002中，阐明了不同于其他建筑物的风电机组雷害问题，机组的结构特点、工作原理以及所处场地等因素使其容易遭受雷害。人们已经了解建筑物高度对雷击过程的影响。高度超过60m的建筑物会发生侧击，即部分雷电击中建筑物侧面而不是建筑物顶部。风电机组塔架是高于60m的构筑物，所以侧击概率比建筑物大很多，并造成严重损害。另外，从雷电机理可知，与上行雷相关的起始连续电流转移的电荷量可以高

4、达300C，也就是说，上行雷造成的对建筑物的损坏比例随着高度增加而增加，当塔架高度超过100m时上行雷击的概率升高。而风电机组一般设置在风力强大的高于周围地区的制高点，并且远离其他高大物体，例如海岸、丘陵、山脊，这些地区正是雷电多发区，因此更能吸引雷电。　　据德国、丹麦、瑞典等欧洲国家统计，雷电引起故障的频率是，每年每百台机组达3.9次到8次。直接雷击可以使叶片遭到损毁；雷电电磁脉冲（雷电感应过电压）等间接雷击可以使发电机、变压器、变流器等电气设备和控制、通信、SCADA等电子系统遭受灾难性损坏；也有极个别

5、的轮毂、齿轮箱、液压系统、偏航系统和传动系统及机械制动器等雷击损坏的报道。其中控制系统、传感器、通信、SCADA等弱电部件遭受雷害的概率较大，这是因为这些弱电器件的耐过电压和过电流的能力较弱，雷电电磁脉冲会使其损坏，但由于维修方便，直接和间接经济损失与由于叶片损坏所造成的损失相比不算很大。　　叶片在遭到直击雷时损坏都比较严重，且遭到损毁的叶片不易修复。离岸或在边远地区设置的机组，物资运输极其困难，维修人员的开销很大，同时风电场停止运行的收入损失也是巨大的。因此，叶片的雷害最引人关注。　　另外一个问题是现代大

6、型风电机组的叶片用不能传导雷电流的复合材料制成，例如玻璃纤维增强塑料或木材层压板。在叶片未加防护时，一旦被雷电击中就会造成损坏。因此，对这类叶片作防雷要求是必要的。用玻璃纤维增强塑料制成的机舱外壳，也应当采取防直接雷击措施。1引言　　在我国风电发展初期，风电场大部分集中在年平均雷电日较少的新疆和内蒙古等地区，采用的主要是450kW级以下的风电机组，雷害问题并不突出。随着我国风电场建设速度不断加快、规模不断扩大以及风电机组的日益大型化，风电机组的雷害也日益显露。现阶段，我国风电场开发不断向高海拔和沿海地区拓展

7、，大功率风电机组的塔架最高已经超过120m，是风电场中最高大的构筑物。在风电机组的20年寿命期内，难免会遭遇到雷电的直击。中国可再生能源学会风能专业委员会于2009年9月在肇庆召开的叶片专业组年会，将叶片的防雷作为一个重要问题进行了研讨，说明风电机组防雷已经引起专家的高度重视。国际电工委员会（IEC）第88工作委员会（IECTC88）在编制风电机组系列标准IEC61400时，编制了一个技术报告（TR），作为IEC61400系列标准的第24部分于2002年6月出版，其初衷是想为这个相对年经的工业提供防雷知识。

8、该标准在几年的实践中证明，技术报告对防止和减少风电机组的雷害是有效的。但是随着大型风电机组的发展和风电场向外海的拓展，雷害问题比2002年以前更加复杂和突出。因此，有必要制订一个风电机组防雷标准以供风电行业人员使用。将IEC61400由技术报告（TR）升级为技术标准（TS）便提上了议事日程。　　2风电机组的雷害　　IEC61400-242002中，阐明了不同于其他建筑物的风电机组雷害问题，机组的结构特点、工作原理