【摘要】 隨著風力發電技術的日益成熟，風力發電技術對系統的可靠性、安全性的要求很高。以往，人們對風力發電系統的防雷、接地已成為電站可靠、安全執行的乙個重要因素。
文章針對頻繁發生雷電損壞風力發電機組的現狀進行了實質性的研究。通常，風電機組選點和設定在具備風力資源豐富的地區，多在海岸、丘陵、山脊等地區。而這些地區正是雷電多發區。
安裝時一般將風電機組設定在高於周圍地區的制高點，並且遠離其它高大物體，因此高大的風電機組吸引雷電的能力較強。同時，丘陵和山脊的土壤導電性能相對較差，因此，風電機組的接地是需要認真解決的問題。
雷電的強大電流會毀壞風機葉片，雷電產生的強烈電磁場會在整個風機裝置線路中產生瞬時過電壓。強大的雷電浪湧電流通過風力機的電路系統各種導線或電纜傳播，使發電機、變壓器、變頻器等電氣備和控制、通訊、scada等電子系統等災難性損壞。併網風機當一台出現損壞後，能造成關聯性災害的連續發生，整個區域性電網系統崩潰。
雷電對大風電場中風電機組的執行形成巨大的挑戰是顯而易見的，雷害後要更換損壞的關鍵部件如葉片、發動機、變壓器等其成本非常之高。在許多時候廠家無法保證雷電感應不會引起風力機系統的故障。更換部件的籌備時間和實施時間很長，進入風電場時間，還受氣象條件的限制，有時要耽擱數週的時間。
離岸和在邊遠地區設定的風機，運輸物資及其困難，維修人員的開銷會很大，雷害的後果是執行裝置損失，能源生產停頓。但最大的損失是風電場停止執行時，運營商在故障期間的發電收入損失。因此，風電機組需要大容量，高可靠性的雷電浪湧保護措施。
一：風電場風機的雷電防護及等電位接地分析
1.1風力發電機組雷擊案例：
2023年9月雲南大理某風電場41號風機(圖1),因雷電擊中風力
圖1發電機葉片後，出現了如下裝置損壞情況:控制櫃內690v電源spd前端63a熔斷器燒壞,訊號控制器、光端機、公升壓變低壓側(690v)電源開關燒毀，金屬氧化鋅避雷器損壞，如圖2所示：
圖二1.2風力發電機組綜合防雷分析:
風機發配電電氣原理圖如圖3所示：當風機葉片接閃雷電時，雷電流i通過風機葉片分別經i1 、i2、i3、i4分流入地，其中大部分雷電流i1經風機塔筒入地；雷電流i2經發風機外殼接地線入地；i3經風機電源輸出端d侵入電源電纜，從公升壓變中性點e點入地；i4從風機的訊號控制端x端侵入訊號電纜，流過塔筒內控制櫃經接地匯集排從f點入地。雷電流侵入電源電纜及訊號電纜經裝置入地的過程中，將會
損壞線路末端的裝置，如公升壓變低壓側、電源開關、控制器等裝置。
同時，由於雷電流入地後產生的地電位抬公升與光端機光纖遠端的接地存在高達100kv以上的電位差，雷電流將擊穿並燒毀控制櫃內的光端機。
圖3要做到塔筒內電源裝置及訊號控制等裝置免受雷擊損壞，應在如圖4所示的塔筒內電源線及訊號線分別安裝電源電湧保護器(簡稱spd如,spd1和spd2)和訊號電湧保護器(如spd3)，光端機光纖的金屬加強芯及遮蔽層接地直接接地匯集排(建議採用無金屬加強芯及遮蔽層的光纖)接地,使雷電流得以洩放入地,並實現等電位。同理，在變壓器的高低壓側分別安裝相應級別（35kv/690v）氧化鋅避雷器(如p2和p1)。為防止雷電流從35kv架空線侵入變壓器，在35kv架空線路的起始桿上安裝一組氧化鋅避雷器(如p3)。
塔筒接地、控制櫃訊號接地、spd接地及變壓器中心點接地共用接地裝置，當雷擊風機葉片時，地網及塔筒底座瞬間抬公升的地電位將通過spd加到電源線路、訊號電纜及裝置(如plc)埠，實現plc電源線a端、訊號線b端與接地端等電位。
圖41.3風機防雷現狀:
1.3.1電源電湧保護器
經對多個風場的風機進行現場勘察發現：風機塔筒底部控制櫃內安裝安裝兩級電源防雷保護：有690v電源spd1（如圖5），ups輸出220v電源spd2（如圖6）；公升壓變壓器的低壓側(690v)安裝有金屬氧化鋅避雷器p1(如圖7)。
但控制線沒有安裝訊號spd。如圖8所示：
圖5圖6
圖7圖8
如上所述，當雷擊風機葉片時，雷電流從訊號電纜侵入並損壞控制櫃的控制裝置。在plc控制線上應安裝適配的訊號spd。另外，圖5中spd通流量太小，不符合規範要求；圖5與圖6中兩級電源spd的安裝不符合規範要求：
spd的安裝距離太短且沒有退藕措施。
1.3.2控制櫃的接地方式
有些風機的控制櫃接地匯集排（如圖9中f）接地引線沒有與塔筒連線,而是通過絕緣膠皮電纜埋地引到公升壓變壓器的中心點接地（如圖8中f-e）。當雷擊風機葉片時，雷電流入地後地網及塔筒基礎地電位瞬間抬公升為△u=r·i，設直擊雷雷電流強度i=100ka並全部入地，塔筒接地網電阻值r=4ω，則地電位抬公升△u= i·r =100×4kv=400kv，此時塔筒的電位抬公升為高電位；ups外殼、控制櫃外殼、可程式設計控制器（plc）外殼及訊號接地等接至接地匯集排,通過變壓器中性點e點接地。塔筒與e點雖然共用接地裝置，但兩點由幹經過較長的接地引線（如大於10m）相連,其電位是不相等的，e點的電位相對較低，此時可能會出現兩種現象：
①塔筒抬公升的高電位會對與低電位連線的裝置及線路放電；②大電流i4從塔頂經發電機的訊號控制端x端侵入訊號電纜，流過塔筒內控制櫃經接地匯集排從e點入地，如圖9所示，控制櫃內的裝置損壞。
圖8二：風電場風機的雷電防護及等電位接地整改方案
2.1電源部分整改方案：
圖9圖11
2.1.3由於金屬氧化鋅避雷器的通流量小及殘壓大的避雷器並且超負荷後回引起**，故根據國家標準的通流量以及引數設計應個選擇dk-690ac80/ha(技術引數見附件一及附件二)
風力發電機組驗收規範
1 驗收準備 1 機組移交生產驗收資料 2 質保期內風電機組的執行日誌 維護記錄 大修記錄 故障統計表 備件及消耗品使用記錄 3 質保期內風電機組所發現的問題 整改消缺記錄與報告 裝置消缺情況及遺留問題 4 裝置執行資料 風電機組單機各月發電量 單機各月年可利用率 風電場各月年可利用率及其計算方法 ...
風力發電機組驗收試驗報告
機組型別 買方 東方汽輪機 賣方 東汽機組編號 現場機組編號 該風力發電機 以下簡稱風機 已完成除錯驗收，並已完成小時試執行。依據合同附件要求，現進行驗收試驗。試驗專案如下 1 緊急停機 分別啟用 解除機艙及變頻器緊急停機按鈕，觀察控制器內訊號及風機執行。2 在各種執行條件下剎車 檢測風機在各種運 ...
風力發電機組的執行維護技術
隨著科技的進步，風電事業的不斷發展。風能公司下屬的達坂城風力發電場的規模也日益擴大，單機容量從30kw逐漸公升至600kw，風機也由原來的引進進口裝置，發展到了如今自己生產 設計的國產化風機。伴隨著風機種類和數量的增加，新機組的不斷投運，舊機組的不斷老化，風機的日常執行維護也是越來越重要。現在就風機...