風(fēng)能是當(dāng)前技術(shù)最成熟、最具備規(guī)模開(kāi)發(fā)條件的可再生潔凈能源。風(fēng)能發(fā)電為人與自然和諧發(fā)展提供了基礎(chǔ)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是在自然環(huán)境下工作，不可避免的會(huì)受到自然災(zāi)害的影響。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來(lái)越大，為了吸收更多能量，輪轂高度和葉輪直徑隨著增高，相對(duì)的也增加了被雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，雷擊成了自然界中對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行危害最大的一種災(zāi)害。雷電釋放的巨大能量會(huì)造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片損壞、發(fā)電機(jī)絕緣擊穿、控制元器件燒毀等。我國(guó)沿海地區(qū)地形復(fù)雜，雷暴日較多，應(yīng)充分重視雷擊給風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組和運(yùn)行人員帶來(lái)的巨大威脅。例如，紅海灣風(fēng)電場(chǎng)建成投產(chǎn)至今發(fā)生了多次雷擊事件，據(jù)統(tǒng)計(jì)，葉片被擊中率達(dá)4%，其他通訊電器元件被擊中率更高達(dá)20%。為了降低自然災(zāi)害帶來(lái)的損失，必須充分了解它，并做出有針對(duì)性的防范措施。筆者作為風(fēng)電第一線工作人員，根據(jù)自己在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工作中積累的第一手資料結(jié)合國(guó)內(nèi)外風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)以及風(fēng)電行業(yè)最新發(fā)展情況，整理出本文與同行們共同學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步為推動(dòng)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電事業(yè)蓬勃發(fā)展盡一份力!

　　1空中的塵埃、冰晶等物質(zhì)在大氣運(yùn)動(dòng)中劇烈摩擦生電以及云塊切割磁力線，在云層上下層分別形成了帶正負(fù)電荷的帶電中心，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中當(dāng)異性帶電中心之間的空氣被其強(qiáng)大的電場(chǎng)擊穿時(shí)，就形成放電。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行帶來(lái)危害的主要是云地放電，帶負(fù)電荷的云層向下靠近地面時(shí)，地面的凸出物、金屬等會(huì)被感應(yīng)出正電荷，隨著電場(chǎng)的逐步增強(qiáng)，雷云向下形成下行先導(dǎo)，地面的物體形成向上閃流，云和大地之間的電位差達(dá)到一定程度（25—30kV/cm）時(shí)，即發(fā)生猛烈對(duì)地放電。

　　2雷電的主要特點(diǎn)

　　2.1、沖擊電流大：其電流高達(dá)幾萬(wàn)-幾十萬(wàn)安培；

　　2.2、時(shí)間短：雷擊分為三個(gè)階段，即先導(dǎo)放電、主放電、余光放電，整個(gè)過(guò)程一般不會(huì)超過(guò)60微秒；

　　2.3、雷電流變化梯度大：雷電流變化梯度大，有的可達(dá)10千安/微秒；

　　2.4、沖擊電壓高強(qiáng)大的電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)，其感應(yīng)電壓可高達(dá)上億伏。通常雷擊有三種形式，直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷。

　　3雷電的破壞

　　設(shè)備遭雷擊受損通常有四種情況，一是直接遭受雷擊而損壞；二是雷電脈沖沿著與設(shè)備相連的信號(hào)線、電源線或其他金屬管線侵入使設(shè)備受損；三是設(shè)備接地體在雷擊時(shí)產(chǎn)生瞬間高電位形成地電位“反擊”而損壞；四是設(shè)備安裝的方法或安裝位置不當(dāng)，受雷電在空間分布的電場(chǎng)、磁場(chǎng)影響而損壞。

　　由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片高度較高，葉片成了最易受直接雷擊的部件（如圖一），其他部件遭感應(yīng)雷和球形雷破壞的風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加(如圖二)。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最昂貴的部件之一，大部分雷擊事故只損壞葉片的葉尖部分，少量的毀損壞整個(gè)葉片。雷擊造成葉片損壞主要有兩個(gè)方面：一方面是雷電擊中葉尖后，釋放大量能量，強(qiáng)大的雷電流使葉尖結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度急驟升高，水分受熱汽化膨脹，從而產(chǎn)生很大的機(jī)械力，造成葉尖結(jié)構(gòu)爆裂破壞，嚴(yán)重時(shí)使整個(gè)葉片開(kāi)裂。

　　另一方面雷擊造成的巨大聲波，對(duì)葉片結(jié)構(gòu)造成沖擊破壞。還有一點(diǎn)值得關(guān)注的是雷擊一般是擊中葉片上翼面。有關(guān)變電站和輸電線路的防雷技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在此略過(guò)。本文在此主要探討風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷問(wèn)題。

　　4經(jīng)過(guò)對(duì)雷擊特點(diǎn)的研究分析，提出以下幾點(diǎn)經(jīng)濟(jì)可靠的綜合性防雷措施：

　　4.1利用新材料防雷電

　　針對(duì)雷電對(duì)設(shè)備的破壞特性，試驗(yàn)證明降低被擊物體結(jié)構(gòu)內(nèi)部阻抗，對(duì)地形成通路就可以免遭雷擊破壞。根據(jù)這一特性，在葉片上翼面復(fù)合材料中加入具有良好導(dǎo)電性能和比重輕的碳纖維，并在葉尖部位裝一個(gè)接閃器，通過(guò)電纜與葉片法蘭連接，再由輪轂通過(guò)塔架內(nèi)的接地線接入地網(wǎng)形成雷電通道(如果通道中轉(zhuǎn)動(dòng)部分導(dǎo)電性能不能達(dá)到導(dǎo)電要求，可以加裝導(dǎo)電滑環(huán)解決)。當(dāng)雷電擊中葉片時(shí)，強(qiáng)大的雷電流通過(guò)雷電通道瀉入大地，達(dá)到避雷效果，而不致使對(duì)葉片及其他設(shè)備造成損壞。這樣實(shí)際上葉片成了引雷針，將周?chē)睦纂娨齺?lái)并提前放電，因此應(yīng)特別注意雷電通道阻抗要非常小，連接導(dǎo)線要有足夠?qū)щ娊孛婕傲己玫膶?dǎo)電性，接地網(wǎng)一定要保證盡量小的阻抗值。

　　4.2利用避雷網(wǎng)防雷電

　　將風(fēng)場(chǎng)內(nèi)所有建筑工程基礎(chǔ)和地樁間利用導(dǎo)電截面積足夠的金屬導(dǎo)體連接為一體形成可靠的具有低電阻接地網(wǎng)，接地電阻越小越好。由于對(duì)地電阻小，強(qiáng)大的雷電流能夠迅速散流到大地，使設(shè)備不受強(qiáng)電流、高電壓沖擊，對(duì)被保護(hù)設(shè)備起到很好的防護(hù)效果。

　　4.3利用避雷器防雷電

　　避雷器又稱(chēng)電涌保護(hù)器，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電力電纜和通訊控制線線路上安裝避雷器，就能把因雷電感應(yīng)而竄入電力電纜線、信號(hào)傳輸線的高電壓限制在一定范圍內(nèi)，保證設(shè)備不被擊穿而達(dá)到防雷效果。另外，因?yàn)橥ㄓ嵼^脆弱、抗干擾能力較差，為避免雷電帶來(lái)影響，建議風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與風(fēng)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的通訊聯(lián)系使用光纖傳輸。

　　4.4利用新技術(shù)監(jiān)測(cè)雷電

　　在葉片上嵌置光導(dǎo)纖維，加上綜合配套的軟件，對(duì)葉片的載荷、溫度、潛在斷裂及破壞、雷電打擊等起到連續(xù)不間斷的全天候監(jiān)測(cè)，并提供適時(shí)的預(yù)警或維修警告，而無(wú)需停機(jī)檢查，對(duì)風(fēng)機(jī)實(shí)行優(yōu)化運(yùn)營(yíng)與使用，以提高運(yùn)行的可靠性和延長(zhǎng)葉片壽命。

　　總之，雷電能量非常巨大，雷擊方式是復(fù)雜的，采用合理適當(dāng)?shù)姆览状胧┲荒軠p少損失，只有更多新技術(shù)的突破和應(yīng)用才能對(duì)雷電進(jìn)行完全防護(hù)并加以利用。