大功率风力发电机组叶片的雷击分析与防雷系统设计

　　摘 要：针对兆瓦级大功率风力发电机组越来越多地应用于风电场建设，以及雷电对风力发电机组安全运行的危害日益突出，本文在参考大量国内外研究资料的基础上，分析了风力发电机叶片遭受雷击损害的机理，整理并归纳了叶片有效的雷电防护措施有助于国内风力发电场对机组叶片进行有效地雷电防护。

　　0 引言
　　现代风力发电机组提出了与其他建（构）筑物不曾有的防雷问题，这些问题是：
　　——风力发电机组是高度超过150m 的高大构筑物；
　　——风力发电机组常常安装在非常容易受到雷击的场地；
　　——风力发电机组的许多暴露部件，如叶片和机舱盖往往由不能承受直击雷或传导直击雷电流的复合材料制成；
　　——叶片、轮毂、发电机与机舱是相对旋转的，不利导流；
　　——雷电流必须通过风力发电机组的金属结构传导到大地，因此，实际上大部分雷电流将流经或靠近所有的机组部件。其中机组中所使用SPD 要特制，必须满足电磁兼容要求。
　　——风电场中的风力发电机组的相互电气连接，往往位于接地条件不好的区域。
针对上述问题，我们通过对介绍叶片遭雷击的损坏机理、雷击叶片试验等对叶片遭雷击现象分析，得出有针对性的叶片雷电防护系统的设计。[2][3]
　　1 叶片损坏现象和机理
　　雷击点出现的典型损坏现象有以下几种情况：
　　1.1 开裂和灰化
　　叶片表面复合材料开裂和灰化，以及雷击点的金属部件烧毁或熔化。开裂属于机械损坏，灰化属于热效应的结果。
　　1.2 电弧
　　雷电流在叶片内部形成电弧，或在叶尖雷击点和导体部件之间常会形成内部电弧。风力发电机组的叶片的损坏最为严重，空气中的电弧会存在于叶片内的空洞和叶片表面，属于电气损坏。
　　1.3 爆裂
　　雷电流传到复合材料层之间时，因为层间有些潮气，内部电弧加热潮气引起压力冲击使叶片爆裂或使叶片表面沿着前后缘和叶片承载梁处撕裂损坏，小至叶片表面发生裂纹，大到叶片完全碎裂。有时压力波会通过轮毂从受雷击的叶片传到其他的叶片上而引起损坏。属于热效应和机械损坏。