風(fēng)電機(jī)組的防雷和防雷標(biāo)準(zhǔn)

1、風(fēng)電機(jī)組的防雷和防雷標(biāo)準(zhǔn)1 引言在我國風(fēng)電發(fā)展初期，風(fēng)電場大部分集中在年平均雷電日較少的新疆和內(nèi)蒙古等地區(qū)，采用的主要是450kW 級以下的風(fēng)電機(jī)組，雷害問題并不突出。隨著我國風(fēng)電場建設(shè)速度不斷加快、規(guī)模不斷擴(kuò)大以及風(fēng)電機(jī)組的日益大型化，風(fēng)電機(jī)組的雷害也日益顯露。現(xiàn)階段，我國風(fēng)電場開發(fā)不斷向高海拔和沿海地區(qū)拓展，大功率風(fēng)電機(jī)組的塔架最高已經(jīng)超過120m，是風(fēng)電場中最高大的構(gòu)筑物。在風(fēng)電機(jī)組的20年壽命期內(nèi)，難免會(huì)遭遇到雷電的直擊。中國可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)于2009 年9月在肇慶召開的葉片專業(yè)組年會(huì)，將葉片的防雷作為一個(gè)重要問題進(jìn)行了研討，說明風(fēng)電機(jī)組防雷已經(jīng)引起專家的高度重視。國際電工

2、委員會(huì)（IEC）第88 工作委員會(huì)（IEC TC 88）在編制風(fēng)電機(jī)組系列標(biāo)準(zhǔn)IEC 61400 時(shí)，編制了一個(gè)技術(shù)報(bào)告（TR），作為IEC 61400 系列標(biāo)準(zhǔn)的第24 部分于2002 年6 月出版，其初衷是想為這個(gè)相對年經(jīng)的工業(yè)提供防雷知識。該標(biāo)準(zhǔn)在幾年的實(shí)踐中證明，技術(shù)報(bào)告對防止和減少風(fēng)電機(jī)組的雷害是有效的。但是隨著大型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展和風(fēng)電場向外海的拓展，雷害問題比2002 年以前更加復(fù)雜和突出。因此，有必要制訂一個(gè)風(fēng)電機(jī)組防雷標(biāo)準(zhǔn)以供風(fēng)電行業(yè)人員使用。將IEC 61400 由技術(shù)報(bào)告（TR）升級為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（TS）便提上了議事日程。2 風(fēng)電機(jī)組的雷害IEC 61400-24 2002 中

3、， 闡明了不同于其他建筑物的風(fēng)電機(jī)組雷害問題，機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及所處場地等因素使其容易遭受雷害。人們已經(jīng)了解建筑物高度對雷擊過程的影響。高度超過60m 的建筑物會(huì)發(fā)生側(cè)擊，即部分雷電擊中建筑物側(cè)面而不是建筑物頂部。風(fēng)電機(jī)組塔架是高于60m 的構(gòu)筑物，所以側(cè)擊概率比建筑物大很多，并造成嚴(yán)重?fù)p害。另外，從雷電機(jī)理可知，與上行雷相關(guān)的起始連續(xù)電流轉(zhuǎn)移的電荷量可以高達(dá)300C，也就是說，上行雷造成的對建筑物的損壞比例隨著高度增加而增加，當(dāng)塔架高度超過100m 時(shí)上行雷擊的概率升高。而風(fēng)電機(jī)組一般設(shè)置在風(fēng)力強(qiáng)大的高于周圍地區(qū)的制高點(diǎn)，并且遠(yuǎn)離其他高大物體，例如海岸、丘陵、山脊，這些地區(qū)正是雷電

4、多發(fā)區(qū)，因此更能吸引雷電。據(jù)德國、丹麥、瑞典等歐洲國家統(tǒng)計(jì)，雷電引起故障的頻率是，每年每百臺機(jī)組達(dá)3.9 次到8 次。直接雷擊可以使葉片遭到損毀；雷電電磁脈沖（雷電感應(yīng)過電壓）等間接雷擊可以使發(fā)電機(jī)、 HYPERLINK /z/a/index_48_1.html t _blank 變壓器、變流器等電氣 HYPERLINK /z/a/index_57_1.html t _blank 設(shè)備和控制、通信、SCADA 等電子系統(tǒng)遭受災(zāi)難性損壞；也有極個(gè)別的輪轂、齒輪箱、液壓系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)械制動(dòng)器等雷擊損壞的報(bào)道。其中控制系統(tǒng)、傳感器、通信、SCADA 等弱電部件遭受雷害的概率較大，這是因

5、為這些弱電器件的耐過電壓和過電流的能力較弱，雷電電磁脈沖會(huì)使其損壞，但由于維修方便，直接和間接經(jīng)濟(jì)損失與由于葉片損壞所造成的損失相比不算很大。葉片在遭到直擊雷時(shí)損壞都比較嚴(yán)重，且遭到損毀的葉片不易修復(fù)。離岸或在邊遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)置的機(jī)組，物資運(yùn)輸極其困難，維修人員的開銷很大，同時(shí)風(fēng)電場停止運(yùn)行的收入損失也是巨大的。因此，葉片的雷害最引人關(guān)注。另外一個(gè)問題是現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組的葉片用不能傳導(dǎo)雷電流的復(fù)合材料制成，例如玻璃纖維增強(qiáng)塑料或木材層壓板。在葉片未加防護(hù)時(shí)，一旦被雷電擊中就會(huì)造成損壞。因此，對這類葉片作防雷要求是必要的。用玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成的機(jī)艙外殼，也應(yīng)當(dāng)采取防直接雷擊措施。1 引言在我國風(fēng)電發(fā)

6、展初期，風(fēng)電場大部分集中在年平均雷電日較少的新疆和內(nèi)蒙古等地區(qū)，采用的主要是450kW 級以下的風(fēng)電機(jī)組，雷害問題并不突出。隨著我國風(fēng)電場建設(shè)速度不斷加快、規(guī)模不斷擴(kuò)大以及風(fēng)電機(jī)組的日益大型化，風(fēng)電機(jī)組的雷害也日益顯露。現(xiàn)階段，我國風(fēng)電場開發(fā)不斷向高海拔和沿海地區(qū)拓展，大功率風(fēng)電機(jī)組的塔架最高已經(jīng)超過120m，是風(fēng)電場中最高大的構(gòu)筑物。在風(fēng)電機(jī)組的20年壽命期內(nèi)，難免會(huì)遭遇到雷電的直擊。中國可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)于2009 年9月在肇慶召開的葉片專業(yè)組年會(huì)，將葉片的防雷作為一個(gè)重要問題進(jìn)行了研討，說明風(fēng)電機(jī)組防雷已經(jīng)引起專家的高度重視。國際電工委員會(huì)（IEC）第88 工作委員會(huì)（IEC

7、TC 88）在編制風(fēng)電機(jī)組系列標(biāo)準(zhǔn)IEC 61400 時(shí)，編制了一個(gè)技術(shù)報(bào)告（TR），作為IEC 61400 系列標(biāo)準(zhǔn)的第24 部分于2002 年6 月出版，其初衷是想為這個(gè)相對年經(jīng)的工業(yè)提供防雷知識。該標(biāo)準(zhǔn)在幾年的實(shí)踐中證明，技術(shù)報(bào)告對防止和減少風(fēng)電機(jī)組的雷害是有效的。但是隨著大型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展和風(fēng)電場向外海的拓展，雷害問題比2002 年以前更加復(fù)雜和突出。因此，有必要制訂一個(gè)風(fēng)電機(jī)組防雷標(biāo)準(zhǔn)以供風(fēng)電行業(yè)人員使用。將IEC 61400 由技術(shù)報(bào)告（TR）升級為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（TS）便提上了議事日程。2 風(fēng)電機(jī)組的雷害IEC 61400-24 2002 中， 闡明了不同于其他建筑物的風(fēng)電機(jī)組雷害問題

8、，機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理以及所處場地等因素使其容易遭受雷害。人們已經(jīng)了解建筑物高度對雷擊過程的影響。高度超過60m 的建筑物會(huì)發(fā)生側(cè)擊，即部分雷電擊中建筑物側(cè)面而不是建筑物頂部。風(fēng)電機(jī)組塔架是高于60m 的構(gòu)筑物，所以側(cè)擊概率比建筑物大很多，并造成嚴(yán)重?fù)p害。另外，從雷電機(jī)理可知，與上行雷相關(guān)的起始連續(xù)電流轉(zhuǎn)移的電荷量可以高達(dá)300C，也就是說，上行雷造成的對建筑物的損壞比例隨著高度增加而增加，當(dāng)塔架高度超過100m 時(shí)上行雷擊的概率升高。而風(fēng)電機(jī)組一般設(shè)置在風(fēng)力強(qiáng)大的高于周圍地區(qū)的制高點(diǎn)，并且遠(yuǎn)離其他高大物體，例如海岸、丘陵、山脊，這些地區(qū)正是雷電多發(fā)區(qū)，因此更能吸引雷電。據(jù)德國、丹麥、瑞典

9、等歐洲國家統(tǒng)計(jì)，雷電引起故障的頻率是，每年每百臺機(jī)組達(dá)3.9 次到8 次。直接雷擊可以使葉片遭到損毀；雷電電磁脈沖（雷電感應(yīng)過電壓）等間接雷擊可以使發(fā)電機(jī)、變壓器、變流器等電氣設(shè)備和控制、通信、SCADA 等電子系統(tǒng)遭受災(zāi)難性損壞；也有極個(gè)別的輪轂、齒輪箱、液壓系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)械制動(dòng)器等雷擊損壞的報(bào)道。其中控制系統(tǒng)、傳感器、通信、SCADA 等弱電部件遭受雷害的概率較大，這是因?yàn)檫@些弱電器件的耐過電壓和過電流的能力較弱，雷電電磁脈沖會(huì)使其損壞，但由于維修方便，直接和間接經(jīng)濟(jì)損失與由于葉片損壞所造成的損失相比不算很大。葉片在遭到直擊雷時(shí)損壞都比較嚴(yán)重，且遭到損毀的葉片不易修復(fù)。離岸或

10、在邊遠(yuǎn)地區(qū)設(shè)置的機(jī)組，物資運(yùn)輸極其困難，維修人員的開銷很大，同時(shí)風(fēng)電場停止運(yùn)行的收入損失也是巨大的。因此，葉片的雷害最引人關(guān)注。另外一個(gè)問題是現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組的葉片用不能傳導(dǎo)雷電流的復(fù)合材料制成，例如玻璃纖維增強(qiáng)塑料或木材層壓板。在葉片未加防護(hù)時(shí)，一旦被雷電擊中就會(huì)造成損壞。因此，對這類葉片作防雷要求是必要的。用玻璃纖維增強(qiáng)塑料制成的機(jī)艙外殼，也應(yīng)當(dāng)采取防直接雷擊措施。風(fēng)電機(jī)組是不斷旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，于是又出現(xiàn)了一個(gè)特殊問題雷擊的風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)葉片上多處，并且不止一個(gè)葉片遭到雷擊。原因是一次雷擊包含有幾個(gè)不連續(xù)的脈沖，即雷擊的連續(xù)性，一次雷擊的持續(xù)時(shí)間達(dá)到1s，這一時(shí)間足以使多個(gè)葉片暴露在雷電中

11、（例如一個(gè)3 葉片的風(fēng)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)速度為20 r/min，那么每個(gè)葉片的運(yùn)動(dòng)速度就為120/s）。雷擊葉片時(shí)，雷電流通過整個(gè)機(jī)組構(gòu)筑物入地，包括槳距軸承、輪轂和主軸軸承、齒輪、 HYPERLINK /z/a/index_35_1.html t _blank 發(fā)動(dòng)機(jī)軸承、底座、偏航軸承和塔架。雷電流流經(jīng)齒輪和軸承可使其損壞，特別是在滾輪和滾道之間以及齒輪與輪齒間有潤滑層時(shí)，損壞更嚴(yán)重。風(fēng)電機(jī)組的防雷問題，可以理解為有成千上萬高度超過100m 的高大建筑物，位于荒郊野地，很容易遭受雷擊。這些構(gòu)筑物內(nèi)有復(fù)雜的電氣和控制設(shè)備，外部用復(fù)合材料制成，還有長達(dá)60m 的旋轉(zhuǎn)的葉片。過去各國的經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)證明，位

12、于雷電頻發(fā)地區(qū)的風(fēng)電機(jī)組，在它服務(wù)壽命期內(nèi)，都會(huì)遭到數(shù)次雷擊。因此，風(fēng)電機(jī)組的防雷必須引起人們的注意。3 IEC 61400技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)概要3.1 IEC 61400技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制背景2006 年， 國際電工委員會(huì)（IEC）第81 委員會(huì)（TC81） 完成了系列標(biāo)準(zhǔn)IEC 62305 ：2006 Protection againstLightning，我國于2008 年將其等同采用為國家標(biāo)準(zhǔn)，即GB/T 217142008雷電防護(hù)。這時(shí)，IEC TC 88 第24 項(xiàng)目組提出以IEC 62305 ：2006 為主要參考文件，將IEC 61400 ：2002 由技術(shù)報(bào)告升級為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。第24 項(xiàng)目組希

13、望有更多的防雷專家與風(fēng)電機(jī)組的制造商合作，將防雷專家咨詢變?yōu)榉览讓＜覅⑴c完成防雷工作。雖然，風(fēng)電機(jī)組的防雷還有一些未解決的難題（如葉片的有效防雷），但過去幾十年的研究和經(jīng)驗(yàn)證明，只要采取的措施得當(dāng)，風(fēng)電機(jī)組是可以防范雷電損壞的。新的IEC 61400-24 注重將現(xiàn)存的IEC 62305 系列防雷標(biāo)準(zhǔn)、IEC 61000 系列EMC 標(biāo)準(zhǔn)、電機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、電氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)兼顧，并考慮將葉片和最新的航空工業(yè)的研究成果和發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)SAE/EUROCAE 等應(yīng)用到風(fēng)電機(jī)組上，以達(dá)到保護(hù)電器和控制系統(tǒng)以及整個(gè)機(jī)組結(jié)構(gòu)的目的。新的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)用試驗(yàn)證明防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性，提出對葉片進(jìn)行高電壓大電流試驗(yàn)。高電壓大

14、電流試驗(yàn)最初用來進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)合格檢驗(yàn)，現(xiàn)在許多葉片制造廠家已經(jīng)用來檢驗(yàn)葉片和風(fēng)電機(jī)組雷電導(dǎo)流系統(tǒng)中的分離部件的導(dǎo)流和耐流能力。3.2 新IEC 61400-24處理的主要題目3.2.1 風(fēng)電機(jī)組雷電環(huán)境定義新IEC 61400-24 認(rèn)為，IEC 62305-1定義的雷電流參數(shù)基本上也可用于風(fēng)電機(jī)組的雷電防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及防雷部件的選擇和測試。在IEC 62305-1 中，根據(jù)構(gòu)筑物預(yù)期的雷擊電流大小，將雷電防護(hù)水平分為表1 所示的幾類。我國各地雷電環(huán)境不同，預(yù)期的雷電流大小也不一樣，應(yīng)當(dāng)根據(jù)我國不同地域使用和規(guī)定防護(hù)水平。要考慮我國大多數(shù)地區(qū)雷電直接擊中葉片時(shí)，電流達(dá)到200kA 的概率極小。

15、風(fēng)電機(jī)組中的易損器件是接閃器（安裝在葉尖）、接閃器系統(tǒng)、滑動(dòng)接觸器、火花間隙和電涌保護(hù)器（SPD）等，雷擊轉(zhuǎn)移的總電荷是確定材料易損（熔化）以及維修需求的關(guān)鍵參數(shù)。增加易損器件的耐受雷電能力，重新設(shè)計(jì)這些部件的可靠性，使風(fēng)電機(jī)組在其壽命期內(nèi)可以抵御磨損和破裂。圖1 設(shè)置在山峰上的風(fēng)電機(jī)組高度H的確定示意圖3.2.2 風(fēng)電機(jī)組雷害風(fēng)險(xiǎn)評估IEC 61400-24 ：2002 按照IEC/TR2 61662 Ed. 1.0 來評估風(fēng)電機(jī)組的雷害。新標(biāo)準(zhǔn)遵循IEC 62305-2 RiskManagement（風(fēng)險(xiǎn)管理）的雷電環(huán)境和風(fēng)險(xiǎn)評估程序評估風(fēng)電機(jī)組的雷害，使其符合風(fēng)電機(jī)組的情況。新標(biāo)準(zhǔn)建議計(jì)

16、算等效雷擊截收面積時(shí)，風(fēng)電機(jī)組的高度應(yīng)為輪轂高度與風(fēng)輪半徑之和的高度，同時(shí)還要考慮地形的變化（圖1）。圖2 供電和通信電纜連接的將風(fēng)電機(jī)組和其它建筑物連接時(shí)的雷電截收面積在計(jì)算等效雷擊截收面積時(shí), 考慮高度為Ha 的風(fēng)電機(jī)組等效雷擊截收面積以及與機(jī)組連接的高度為Hb 的建筑物等效雷擊截收面積之和，還有與之相連的地下電纜長度Lc 相關(guān)的面積（圖2）。圖3 雷電防護(hù)區(qū)LPZ的應(yīng)用（圖中，1為LPZ1區(qū)，2為LPZ2區(qū)）圖4 滾球法在風(fēng)電機(jī)組中的應(yīng)用（圖中，滾球覆蓋以外的地區(qū)為LPZ0A區(qū)）3.2.3 風(fēng)電機(jī)組各部件的防雷新標(biāo)準(zhǔn)建議風(fēng)電機(jī)組采用IEC 62305-3 Physical Damaget

17、o Structures and Life Hazard（建筑物的物理損壞和生命危險(xiǎn)）規(guī)定的防雷程序，所有的分部件都按照類防護(hù)水平設(shè)計(jì)防雷措施。（1）葉片風(fēng)電機(jī)組的葉片幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長度超過60m，且由導(dǎo)電不良的增強(qiáng)型纖維復(fù)合材料制成，安裝在高度超過100m 的高塔上，垂直旋轉(zhuǎn)（水平軸風(fēng)電機(jī)組），并暴露在直擊雷下，因此它的防雷比IEC 62305-3 所說的建筑物要復(fù)雜。IEC 62305 系列標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)建筑物遭到雷擊的可能性和建筑物所處環(huán)境的雷電電磁脈沖強(qiáng)度將建筑物劃分為若干防雷區(qū)，圖3 是風(fēng)電機(jī)組的防護(hù)區(qū)示意圖。圖4 是滾球法用于風(fēng)電機(jī)組的示意圖。葉片是風(fēng)電機(jī)組中最暴露的部分，用滾球法可以看

18、到，葉片的大部分位置處于LPZ0A 區(qū)（圖4），并經(jīng)受全部電磁場和機(jī)械（壓力波）影響以及雷電流、電場、磁場和雷擊的能量。因此，葉片必須加以防護(hù)。對葉片的保護(hù)是否足夠，應(yīng)當(dāng)看其設(shè)計(jì)和安置葉片接閃器系統(tǒng)后能否有效的截獲雷電，以及導(dǎo)流系統(tǒng)能否疏導(dǎo)與類防雷水平一致的雷電流（除非風(fēng)險(xiǎn)分析證明表1 所示的LPL 和LPL 已經(jīng)足夠）。圖5 防雷型復(fù)合材料葉片雖然滾球法指出了雷電可能襲擊葉片表面的大部分地方，但現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)證明大部分雷電還是擊中葉尖位置，只有少數(shù)擊中葉片的其他地方。新標(biāo)準(zhǔn)推斷IEC 62305-3 的接閃器保護(hù)范圍的計(jì)算方法（滾球法、保護(hù)角法等）并不完全適用于風(fēng)電機(jī)組，所以還需大量的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)

19、場調(diào)查才能真正作出葉片雷害機(jī)理的解釋。新標(biāo)準(zhǔn)要求葉片制造商要在葉片設(shè)計(jì)室進(jìn)行接閃系統(tǒng)和導(dǎo)流系統(tǒng)截獲雷電和傳導(dǎo)雷電流的能力的試驗(yàn)。筆者認(rèn)為我國是一個(gè)多雷的國家，各地雷害頻度和雷擊強(qiáng)烈程度有很大的差異。為了既能防雷，又能降低成本，需要按照不同的風(fēng)電場雷電環(huán)境，設(shè)計(jì)葉片并進(jìn)行不同電流和電壓等級的試驗(yàn)。新標(biāo)準(zhǔn)推薦了如圖5 的防雷型葉片，要求設(shè)計(jì)葉片時(shí)要考慮葉片在遭到雷擊時(shí)，接閃器要準(zhǔn)確地截獲雷閃，電氣傳導(dǎo)部件例如尖軸、炭纖維復(fù)合材料和葉片中傳感器導(dǎo)流線等必須有良好的傳導(dǎo)雷電流的功能。（2）機(jī)艙和其他構(gòu)件風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙和其他構(gòu)件（如輪轂、塔架），應(yīng)當(dāng)有接閃能力，盡可能使用大的金屬構(gòu)件作接閃器。還要將金屬構(gòu)

20、件做等電位連接，將雷電流傳導(dǎo)到接地系統(tǒng)。機(jī)艙上氣象儀表、航空燈等的避雷針、引下線以及搭接線的尺寸要滿足IEC62305-3的要求?？傊?，機(jī)艙和其它構(gòu)件的防雷可以直接采用IEC62305 系列標(biāo)準(zhǔn)所描述的方法。按圖4 所示，風(fēng)電機(jī)組應(yīng)劃分為若干防雷區(qū)LPZ，設(shè)計(jì)人員應(yīng)計(jì)算雷電風(fēng)險(xiǎn)水平，并根據(jù)等電位搭接、電磁屏蔽和采用SPD 等設(shè)計(jì)防雷系統(tǒng)。新標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)艙和其他構(gòu)件的防雷有詳細(xì)的規(guī)定。（3）機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的防雷非常重要，因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、傳動(dòng)軸、齒輪、液壓和電氣執(zhí)行系統(tǒng)，在雷電擊中葉片時(shí)，它們都處于雷電流的徑路上，巨大的雷電流可以使其受到機(jī)械損壞。新標(biāo)準(zhǔn)建議

21、機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的所有部件都要經(jīng)受住雷電流或運(yùn)動(dòng)部件間的雷電弧而不受損害，例如，軸承和執(zhí)行機(jī)構(gòu)用滑動(dòng)接觸器或火花間隙進(jìn)行防護(hù)。這些部件設(shè)計(jì)成可以將雷電流從被保護(hù)部件上轉(zhuǎn)移或減少雷電流流經(jīng)部件的數(shù)值，直到該雷電流小到部件可以承受的水平。新標(biāo)準(zhǔn)要求這種防護(hù)系統(tǒng)的有效性可以用大電流試驗(yàn)檢測，在試驗(yàn)室時(shí)要根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析出有效的結(jié)論，并且應(yīng)當(dāng)計(jì)算出易耗部件如滑動(dòng)接觸器和間隙的壽命。（4）電氣系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和系統(tǒng)安裝風(fēng)電機(jī)組的電氣系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和系統(tǒng)安裝應(yīng)當(dāng)經(jīng)受住雷電電磁脈沖而不損壞。據(jù)雷害統(tǒng)計(jì)顯示，大多數(shù)雷害與風(fēng)電機(jī)組的電氣系統(tǒng)、電子系統(tǒng)有關(guān)。新標(biāo)準(zhǔn)要求所提供的雷電電磁脈沖防護(hù)措施（LPMS）應(yīng)能消除或避

22、免這些系統(tǒng)的雷害。這就要求利用IEC62305-4 的防護(hù)區(qū)的綜合防護(hù)概念采取以下措施：接地搭接電磁屏蔽和合理布線（系統(tǒng)安裝）能量協(xié)調(diào)一致的SPD隔離、電路設(shè)計(jì)、平衡電路、串聯(lián)阻抗等總之，新標(biāo)準(zhǔn)參考了有關(guān)低壓電氣系統(tǒng)和安裝標(biāo)準(zhǔn)，包括機(jī)械設(shè)備高壓和低壓電氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)IEC 60204-1、IEC 60204-11、建筑物電氣安裝標(biāo)準(zhǔn)IEC 60363、電磁兼容（EMC）安裝以及接地和布線指南，尤為重要的是以建筑物內(nèi)電氣電子設(shè)備防雷標(biāo)準(zhǔn)IEC 623050 4 為依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)要求采用的SPD 和低壓系統(tǒng)與IEC 61643-1 一致、通信和信號系統(tǒng)與IEC 61643-21 一致，選擇和安裝時(shí)，應(yīng)當(dāng)與

23、IEC 60364-4-44、IEC 60364-5-53 一致，電源防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)與IEC61643-12 一致，控制和通信系統(tǒng)防護(hù)應(yīng)與IEC 61643-22 一致。新標(biāo)準(zhǔn)提供了如何保證SPD 協(xié)調(diào)一致、SPD 和被保護(hù)設(shè)備耐受能力協(xié)調(diào)一致的指南，并提供了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和選擇SPD 是否合適的檢驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)IEC 60099-4，建議除非進(jìn)行了高壓絕緣配合研究并證明不必進(jìn)行防護(hù)外，高壓電力系統(tǒng)的防護(hù)采用不含空氣間隙的金屬氧化物避雷器，并根據(jù)IEC6009-5 選擇使用。3.2.4 風(fēng)電機(jī)組的接地和搭接接地系統(tǒng)的任務(wù)是消散雷電流和防止風(fēng)電機(jī)組損壞，還用來保護(hù)人員和牲畜免受雷擊。若電氣系統(tǒng)遭到損壞，

24、在防護(hù)設(shè)備動(dòng)作并安全切斷故障電流前，使整個(gè)地電位上升到與同時(shí)出現(xiàn)的接觸電壓和跨步電壓一個(gè)安全水平。這些要求一般由電氣規(guī)范給出，因此，風(fēng)電場必須建立一個(gè)良好的接地系統(tǒng)。從防雷角度講，接地系統(tǒng)在消散和傳導(dǎo)高頻率和高能量的雷電流入地時(shí)，還應(yīng)當(dāng)不產(chǎn)生危險(xiǎn)的熱效應(yīng)和電動(dòng)力效應(yīng)。新標(biāo)準(zhǔn)描述了IEC 62305-3 中的基本接地系統(tǒng)，強(qiáng)烈建議接地系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括建筑物的基礎(chǔ)部分的金屬，使用建筑物基礎(chǔ)中的大金屬部件可以使接地電阻盡可能的低，將接地系統(tǒng)和建筑物基礎(chǔ)中的金屬部分分離，將會(huì)使鋼筋混凝土基礎(chǔ)遭遇危險(xiǎn)。所以，建議用水平接地導(dǎo)體，沿電纜徑路將接地系統(tǒng)和各個(gè)獨(dú)立的塔架基礎(chǔ)連為一體，形成綜合接地網(wǎng)。這樣，整個(gè)風(fēng)電

25、場的接地電阻都低，減少了風(fēng)電場中各個(gè)構(gòu)筑物間的電位差，還減少了直擊雷襲擊地下電纜的可能。最近一兩年，歐美國家對這一觀點(diǎn)有相當(dāng)深刻的認(rèn)識。而據(jù)筆者了解，我國的許多設(shè)計(jì)單位正好忽視了這一點(diǎn)，筆者認(rèn)為在多雷區(qū)，一定要重視綜合接地網(wǎng)的建設(shè)。新標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)地討論了各種風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并給出了接地系統(tǒng)的維修和檢查指南。3.2.5 人身安全在陸地上安裝大型風(fēng)電機(jī)組，包括組裝和拆卸大型吊車，往往會(huì)花費(fèi)幾天的時(shí)間。在風(fēng)電機(jī)組安裝前還要花費(fèi)數(shù)周時(shí)間進(jìn)行現(xiàn)場策劃。這期間，有許多人在現(xiàn)場作業(yè)，要考慮雷擊風(fēng)電場的風(fēng)險(xiǎn)。起重機(jī)、發(fā)電機(jī)在作業(yè)時(shí)應(yīng)盡可能的接地。普遍認(rèn)為圓筒形的塔架是一個(gè)接近完美的法拉第籠，因此在塔內(nèi)

26、工作是安全的。雷擊時(shí)工作人員應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)移到塔內(nèi)直到雷云離開，其他安全地方是金屬頂?shù)能囕v、金屬容器內(nèi)等。4 葉片及部件的雷擊試驗(yàn)新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，新型葉片防雷系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，應(yīng)當(dāng)檢查其設(shè)計(jì)是否具有轉(zhuǎn)移雷電的能力。測試時(shí)使用的葉片標(biāo)本，包括尖葉和可以足夠代表完整性的防雷設(shè)計(jì)的尖葉內(nèi)側(cè)以及導(dǎo)流線系統(tǒng)、連接部件和設(shè)計(jì)的其他防雷部件。試驗(yàn)包括高壓攔截試驗(yàn)和大電流實(shí)體損壞試驗(yàn)。測試規(guī)范包括測試目的、每項(xiàng)測試詳細(xì)指導(dǎo)、試品選擇、測試波形、測量和數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)解釋、試驗(yàn)步驟等。4.1 高壓攔截試驗(yàn)高壓攔截試驗(yàn)用來確定跨越非導(dǎo)電材料如風(fēng)電機(jī)組葉片和機(jī)艙的特定雷擊點(diǎn)和擊穿路徑。因?yàn)樵跍y試時(shí)流過的電流僅僅代表低峰值的雷電先導(dǎo)電流

27、，而不是更加劇烈的雷擊電流，攔截試驗(yàn)的目的僅僅是找到可能發(fā)生雷擊的路徑。這些試驗(yàn)對試品造成的損害和電流試驗(yàn)相比是微弱的。圖6 葉片高壓擊穿路徑試驗(yàn)（樣品應(yīng)在表示先導(dǎo)不同的接近方向的幾個(gè)位置進(jìn)行試驗(yàn)）圖7 高壓搜索通路測試大電流實(shí)體損壞測試用來評估雷電流的實(shí)際損壞。新標(biāo)準(zhǔn)提供的試驗(yàn)方法適用于完整的葉尖設(shè)計(jì)和導(dǎo)流線，如連接部件等的一部分。高壓攔截試驗(yàn)專門測試風(fēng)電機(jī)組葉片，也可以用來測試用玻璃纖維或其他非導(dǎo)電材料制造的機(jī)艙。該測試還可用來確定：先導(dǎo)攔截點(diǎn)和閃絡(luò)或葉片和其他非導(dǎo)電材料穿透路徑的位置優(yōu)化防護(hù)裝置（接閃器）的位置沿或通過絕緣表面閃絡(luò)或穿透路徑防護(hù)設(shè)備的性能新標(biāo)準(zhǔn)共安排了三個(gè)高壓攔截試驗(yàn)，分

28、別適用于葉片設(shè)計(jì)、開發(fā)、評估外表面積和導(dǎo)流帶的開發(fā)試驗(yàn)。每次測試的安排都是為了得到電的活動(dòng)現(xiàn)象，如在雷擊葉片前，測試樣本（不是在外電極）出現(xiàn)電暈、流光和先導(dǎo)。圖6 是高壓發(fā)生器、試品、外電極的安排示意之一，三個(gè)高壓攔截試驗(yàn)用的是同一高壓雷擊發(fā)生器，不同的只是試品的安排不同。采用的高壓試驗(yàn)波形應(yīng)當(dāng)是雙指數(shù)開關(guān)型沖擊電壓，波頭上升時(shí)間為50s250s，持續(xù)時(shí)間超過2000s。選擇這一波形的原因是，這一波形最能代表構(gòu)筑物接受先導(dǎo)時(shí)的電場近場。圖6 的試驗(yàn)是最理想的試驗(yàn)，因?yàn)樗偸强梢园才泡^大尺寸的外電極（例如實(shí)驗(yàn)室地板的導(dǎo)電表面）使葉片試驗(yàn)樣品周圍有更真實(shí)的電場環(huán)境。新標(biāo)準(zhǔn)還定義了高壓搜索通路測試（swept channel test），在葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片表面暴露在先導(dǎo)下的時(shí)候，在首次雷擊到達(dá)前，先導(dǎo)可能沿葉片