風機防雷系統是指對風機整機進行保護的系統。隨著風力發電機組單機容量的不斷増大，風機輪轂高度和葉片高點也在不斷増高，在曠野、山頂和沿海地區， 機遭受雷擊的機率非常大。從各風場反饋的情況來看，雷擊不但是造成風機故障停機的重要因素，甚至直接影響風電場的安全運行。我們從雷電的破壞機理和形式入手，對雷電的防護區域進行了劃分，並提出了風力發電機組的防雷保護設計原則和防雷系統工程方案；而後對風機整機系統的防雷保護進行了系統的分析，並提出了具體的防雷保護方法。
基本介紹
- 中文名：風機防雷系統
- 外文名：Wind generatorlightning protection system
- 類型：防雷系統
- 作用：防止雷擊
- 領域：能源
- 學科：新能源
簡介,雷電的破壞機理與形式,雷電防護區域的劃分,總結,
簡介
風能是一種綠色、安全的清潔能源，也是當前技術最成熟、最具備規模開發條件的可再生能源。近年來，風力發電機組的單機容量越來越大，為了吸收更多能量，輪轂高度和葉輪。直徑不斷增高；同時，高原、沿海、海上等新型風力發電機組的開發， 使風力發電機組開始大量套用於高原、沿海、海上等地形更為複雜，環境更為惡劣的地區，更加加大了風力發電機組被雷擊的風險。據統計，風機故障中，由遭遇雷擊導致的故障占到4%。電具有極大的破壞力，雷擊釋放的巨大能量會造成風力發電機組葉片損壞、發電機絕緣擊穿、控制元器件燒毀等故障，給風場帶來直接和間接的巨大經濟損失，因此風力發電機組的防雷保護已日益引起各個風機製造廠家和風機研發設計人員的重視。風機的防雷是一個綜合性的工程，防雷設計的到位與否， 直接關係到風機在雷雨天氣時能否正常工作，並且確保風機內的各種設備不受損害。
雷電的破壞機理與形式
雷電現象是帶異性電荷的雷雲間或是帶電荷雷雲與大地間的放電現象。風力發電機組遭受雷擊的過程實際上就是帶電雷—雲與風力發電機組間的放電。在所有雷擊放電形式中，雷雲對大地的正極性放電或大地對雷雲的負極性放電具有較大的電流和較高的能量。雷擊保護最關注的是每次雷擊放電的電流波形和雷電參數。雷電參數包括峰值電流、轉移電荷及電流陡度口等。風力發輸組遭受雷擊損壞的機理與這些參數密切相關。
1峰值電流
當雷電流流過被擊物時，會導致被擊物的溫度升高，風力發電機組葉片的損壞在很多情況下與此熱效應有關。熱效應從根本上來說與雷擊放電所包含的能量有關，其中峰值電流起到很大的作用。當雷電流流過被擊物時（ 如葉片中的導體） 還可能產生很大的電磁力，電磁力的作用也有可能使其彎曲甚至斷裂。另外，雷電流通道中可能出現電弧。電弧產生的膨脹過壓與雷電流波形的積分有關， 這也是導致許多風機葉片損壞的主要原因。
2轉移電荷
物體遭受雷擊時，大多數的電荷轉移都發生在持續時間較長而幅值相對較低的雷電流過程中。這些持續時間較長的電流將在被擊物體表面產生局部金屬熔化和灼蝕斑點。在雷電流路徑上一旦形成電弧就會在發生電弧的地方出現灼蝕斑點，如果雷電流足夠大還可能導致金屬熔化。這是威脅風力發電機組軸承安全的一個潛在因素，因為在軸承的接觸面上非常容易產生電弧，它就有可能將軸承熔焊在一起。即使不出現軸承熔焊現象，軸承中的灼蝕斑點也會加速其磨損，縮短其使用壽命。
3電流陡度
風力發電機組遭受雷擊的過程中經常會造成控制系統或電子器件損壞，其主要原因是存在感應電壓。感應過電壓與雷電流的陡度密切相關，雷電流陡度越大，感應電壓就越高。
雷電防護區域的劃分
雷電防護區域的提出是為了更好的保護風機系統里的電氣部件。風機系統利用半徑30m的滾球法可以分為幾個不同的區域。雷電防護系統利用標準制定劃分區域，目的是為了減少電磁干擾與可預見的耦合干擾。國際電工委員會對防雷過電壓保護的防護區域劃分為：LPZ0區（LPZ0A、LPZ0B），LPZ1區， LPZ2區。
LPZ0A區有直擊雷（繞雷）侵襲的危險，完全處在電磁場環境中，具有雷擊電涌破壞的可能。這個區域包括：葉片、機艙罩避雷針系統、塔架、架空電力線、風場通訊電纜；LPZ0B區沒有直擊的危險，但電磁場環境與雷電電涌沒有任何減低。這類區域包括葉片加熱部分、環境測量感測器、航標燈未禁止的機艙內部、發電機、齒輪箱、冷卻系統、電氣控制櫃、感測器、電纜。
總結
防雷保護是保障風力發電機組安全運轉的重要因素。從雷電的破壞機理和形式入手， 對雷電的防護區域進行了劃分， 對風力發電機組各部分採取了全方位的防雷保護措施。但是防雷工作任重道遠，我們應該不斷地提高防雷的可靠性和全面性，不斷完善防雷保護措施，來儘量減少雷電的危害。
