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雷击对风力发电机组的影响及改进措施

作者：李高峰、雷启龙、黄瑞芳
黄瑞芳工作单位：内蒙古电力工程技术研究院内蒙古邮编：010010
雷启龙、李高峰工作单位：国华（河北）新能源有限公司邮编：076750

摘要：运行中的风力发电机组，遭受雷击屡见不鲜，损坏设备，造成巨大损失，
甚至危害人身安全。为此，本文说明雷击对风力发电机组危害的严峻性，分析雷
击对风力发电机组的影响机理，指出改善风力发电机组防雷的改进措施，必须从
设计标准、建设质量等根本环节着手，使风力发电机组雷电防护做到科学、有
效、经济。
关键词：风力发电机组；雷击；外部雷电；内部雷电；
1雷击对风力发电机组的影响
风力发电特点是：风机分散安置在旷野，大型风机叶片高点(轮毂高度加风轮

半径)达89～117m，易受雷击；风力发电机组的电气绝缘低(发电机出口电压
690V，且大量使用自动化控制和通信元件)。因此，就防雷来说，其环境远比常
规发电机组的环境恶劣。风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投
资60％以上。若其遭受雷击(特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击)，会造成风
力发电机组叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁等等。除了损
失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。丹

麦LM公司资料介绍：1994年，在雷电活动少的丹麦境内注册的运行风机，受
到雷害损坏超过6％，修理费用估计至少1500万克朗（当年丹麦装机540MW，
平均2．8万克朗/MW)。按LM公司估计，世界每年有1％～2％的风力发电机
组叶片受到雷电袭击。叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖，是容易被修补的，但
少数情况则要更换整个叶片。雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自
动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故，所以，雷击
是威胁风力发电机组安全经济运行的严重问题。
2影响机理分析
因风力发电机组所处的地形位置不同，雷击事故率有所不同，地处山区的风
力发电机组其雷击事故率最高；且雷击事故中，大部分不是由于直击雷引起的，
而是非直接累积造成的损害。我国东南沿海和北部山区是风能资源丰富的地区；
但该地区地形复杂，雷暴日较多，应充分重视雷击给风电机组和运行人员带来的
巨大威胁。
风力发电机组遭雷击受损通常有四种情况，一是直接遭受雷击而损坏；二是
雷电脉冲沿着与设备相连的信号线、电源线或其他金属管线侵入使设备受损；三
是设备接地体在雷击时产生瞬间高电位形成地电位“反击”而损坏；四是设备安
装的方法或安装位置不当，受雷电在空间分布的电场、磁场影响而损坏。雷电参
数包括峰值电流、转移电荷及电流陡度等。风电机组遭受雷击损坏的机理与这些
参数密切相关。
3风力发电机组防雷改进措施
防雷改进措施包括了外部防雷和内部防雷两大部分。
3.1外部防雷(直击雷防护技术)
3.1.1叶片防雷
叶片防雷系统主要是避免雷电直击叶片本体而导致叶片损害。研究表明：不
管叶片是用木头或玻璃纤维制成，或是叶片包导电体，雷电导致损害的范围取决
于叶片的形式。叶片全绝缘并不减少被雷击的危险，而且会增加损害的次数。多
数情况下被雷击的区域在叶尖背面(或称吸力面)。
风力发电机组叶片防雷系统由雷电接闪器和雷电传导部分组成。在叶尖装有
接闪器捕捉雷电，再通过敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导引线使雷电通过叶
片根部传给叶片法兰，通过叶片法兰和变桨轴承传到轮毂，通过轮毂法兰和主轴
承传到主轴，通过主轴和基座传到偏航轴承，通过偏航轴承和塔架最终导入接地
网，约束雷电，保护叶片。
3.1.2机舱防雷
在机舱顶部装设一个避雷针，避雷针用作保护风速计和风向标免受雷击，在
遭受雷击的情况下将雷电流通过接地电缆传到机舱上层平台，避免雷电流沿传动
系统的传导。
3.1.3塔架及引下线
从接闪器到接地装置的引下线应按有较多并联的电流路径且为直线垂直安
装，使其具有最短、最直接的路径的原则布置；当塔架为金属制成或有互相连接
的钢筋网时，可作为自然引下线(但应注意当塔架用放人混凝土内的预应力拉桩
螺栓固定时，不应将这些元件用于接地目的)。也可专设引下线连接机舱和塔架，
减轻电压降，跨越偏航环，机舱和偏航刹车盘通过接地线连接将雷电顺利地引入
大地。
3.1.4接地网
风电机组的接地装置一般可采用一种或多种组合：一个或多个环形接地体、
基础接地体(基础接地体应是可延伸的)、水平接地体或垂直(或斜形)接地体，其

所包围的面积的平均半径应不小于6m。风力发电机组的混凝土基础内互相连接
的钢筋网可作为自然接地体。
接地网的设计，常用的方法有：①增大接地网面积；②增加垂直接地体；
③人工改善地电阻率；④深埋接地体；⑤利用自然接地体；⑥敷设水下接地
网。要认真分析和比较，通过技术、经济分析筛选出最佳的降阻方案。