风力发电系统主要将风的动能转化为电能，风能作为一种没有公害且具有清洁能力的可再生能源，非常适合应用于缺少、燃料或交通不便等地区的电力系统。由于风力叶片相对较大，且风力机组通常处于制高点，因此很容易受到雷电的击中，因此需要做好风力发电机组的防雷技术设计，确保发电机组的发电工作。
1. 风电机组的防雷设计
1.1. 风机的接闪和引下
由于风电机组运行的最高点就是风机叶片的最高点位置，因此在系统运行的过程中，若遭遇雷击事故，一定会直接击中风机叶片的部位，如下图1所示。
图 1 风机叶片
目前在我国风力发电机的叶片主要采用玻璃纤维作为其表面的材料，由于玻璃纤维是一种绝缘性材料，因此在遭遇雷击时无法将瞬间产生的巨大电流传输和引导向地面，以至于在风力发电机叶片产生大量的热量，同时出现一定程度的振动，最终导致风力发电机的叶片出现损伤，给风力发电厂造成不小的经济损失。针对这种问题，风力发电厂需要对风力发电机叶片采取有效的防范措施，有效降低雷击对叶片造成的影响。可以通过在风力发电机叶片表面安装接闪器的方式，利用接闪器的引导功能，有效将雷电瞬间产生的电流从叶片上传输到塔筒装置内。主要工作原理为：接闪器主要由几组铜制圆盘组成，可以在叶片两侧分别安装一个接闪器，从而达到使叶片保持稳定的目的。随后在金属叶片内连接一条金属导线作为引下线，利用金属导线在接入雷电流时直接传输到塔筒内部，再由塔筒将电流传输到风力发电机的接电装置，最终传输到地面，确保风力发电机的安全运行[1]。
需要注意的是，由于塔筒中间存在一定的缝隙，容易在传输电流的过程中产生拉弧现象。针对这一问题，需要在金属引下线接入雷电流并传输到塔筒内部时，运用大面积的电缆有效达到跨接目的。同时，根据风力发电机的实际情况对接点端子的接触面积进行适当的增加，并且设置安全保护罩，从而确保拉弧位置得到充分的保护。
由于风力发电机的舱尾直接与叶片位置相对应，同样会受到雷电的损害。若雷电输送到舱尾位置，由于舱尾与叶片之间的距离较远，舱尾无法受到叶片上接闪器的保护，所以很容易在遭遇雷击后出现舱内电气装置损坏的现象。因此，需要在舱尾位置安装接闪短杆，能够将雷电电流通过金属引下线和接地装置直接传输到地下，从而有效达到保护舱尾不受电击损坏的目的。
1.2. 浪涌保护器的使用
浪涌保护器作为一种防雷器，能够为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路等提供有效的安全防护，避免风力发电机因浪涌而对仪器线路造成破坏。
当风力发电机受到雷击时，会在其内部瞬间产生较大的磁场。当磁场在风力发电机组的电缆之间进行传递时，会产生过大的浪涌性过电压及过电流，使风力发电机内部的电子设备被浪涌击穿，最终给风力发电厂带来巨大的经济损失。因此，在风力发电机上安装浪涌保护器能够帮助工作人员明确哪些电子设备容易被浪涌现象击穿，并且可以有效地降低电位差，使风力发电机在遭遇雷击而产生的瞬间电压值不会超过电缆的承受范围外，能够将雷电流直接传输到地面，从而达到保护风力发电机组的目的。
需要注意的是，在安装浪涌保护器时必须要遵守相关规定及标准进行，确保浪涌保护器能够充分发挥自身的而作用。当风力发电机需要安装三级浪涌保护器时，通常需要经过以下步骤：（1）通常需要将第一级浪涌保护器安装在塔筒内部的总进线位置，使其能够在发电机遭遇雷击后将瞬间产生的上万伏浪涌电压降低到2500～3000V以内，有效降低雷电给塔筒内电子设备造成的影响。（2）通常需要将二级浪涌保护器安装在分配电源位置，主要负责承担第一级浪涌保护器产生的剩余电压，将浪涌电压降低到1500～2000V以内。（3）第三级浪涌保护器可以安装在塔筒内部，有效吸收雷击电脉冲以及剩余的浪涌电压，将浪涌电压降低到1000V以下，从而达到保护塔筒内电子设备的目的。
1.3. 风电机组的等电位连接
为了最大程度上提升风力发电机的防雷效果，有效降低雷电对风力发电机组产生的影响，还可以加强风力发电机以下几个部位的等电位连接，包括桨叶与轮毂、机舱与塔筒、舱尾与水平轴、机舱内与塔筒底部等部位之间的等电位连接，最大程度上保护相关工程人员及电子设备的安全。
在进行风电机组的等电位连接工作时，必须要确保总体电位接地排装置在机舱底座区域内，并且运用等电位的形式对金属管、机柜、金属槽、电子设备等部分与端子板进行连接。此外，可以将桨叶接线闪引线安装于风力发电机舱的底座位置，从而有效避免或最大程度上降低危险电位差的产生。需要注意的是，这种方法也可能会将雷电电流直接传输到电气系统中，使系统中的补偿电容被瞬间电流击穿，严重者甚至会在机舱的母排位置出现拉弧现象[2]。
为了有效避免上述接线缺陷，可以对风力发电机舱进行如下的处理：（1）制作能够与机舱底座产生绝缘效应的端子板，从而使电子电气设备能够等电位接地。对端子板与塔筒底部接线位置利用铜芯PE线进行连接，将各类金属管、机柜、电子设备等进行等电位连接处理。（2）在风力发电机组各部分进行等电位连接处理时，运用火花间隙型等电位连接器进行连接处理，最大程度上确保雷电电流能够及时得到疏散，同时能够传输到塔筒内最终引入地面。
2. 风力发电厂防雷技术新思路
2.1. 主动避让雷电
为了有效提升风力发电厂的防雷效果，还需要运用合理的手段有效的避让雷电。首先，风力发电厂可以通过天气预报来对雷电情况进行预警及防控。若风电场进入雷雨环境，必须要在第一时间停止风力发电机组的工作，并且确保各风力发电机的桨叶处于不容易遭遇雷击的位置，有效避免桨叶受到雷击的现象。其次，由于风力发电机的桨叶在高速运转的情况下会产生较大的转速，同时伴有较大的惯性。当桨叶遭遇雷击时，不仅会产生大量的热能，还会出现巨大的机械振动，从而使桨叶受到损坏。因此，当桨叶在静止状态下遭遇雷击时，能够大大降低雷电对桨叶的影响，并且容易进行修复。
2.2. 接地体的选择
目前我国大部分风力发电厂使用镀锌铜作为接地导体，由于不同材质的金属接地导体在耐腐蚀性方面存在一定的差异。因此，风力发电厂必须要科学、合理地选择接地导体，避免因接地体发生腐蚀而阻碍雷电传输泄流的过程，最终导致整个风力发电机组的电子设备受到严重的损坏[3]。
2.3. 风电场整体防雷
要想有效提升风力发电厂的防雷效果，必须实现风电场的整体防雷目标，因此需要充分结合雷击电气几何参数与电场强度等各方面的特性，并且根据风电场所处区域的实际地形地势情况、气候条件等因素进行整体性的考量。对于容易受到雷击的风力发电机位置，应当设置独立的接闪针塔装置，最大程度上降低风力发电机受到雷电损坏的几率。
结束语：综上所述，风力发电厂作为我国重要的发电场所，其防雷重点在发电机组的桨叶、机舱以及电子系统中。因此，相关技术人员应当提升对这些区域的防雷技术水平，充分结合风力发电厂的经济效益，针对一些细节问题进行优化和改进，从源头提升防雷工作的整体效果，确保风力电厂的各项工作能够顺利进行。
参考文献：
[1]邢晓松,王光华.风力发电厂防雷技术研究[J].电气传动自动化,2020,42(04):18-20.
[2]房晓兵.山地风力发电场的施工难点及质量控制分析[J].智能城市,2020,6(09):218-219.
[3]杨龙.风力发电机组防雷技术研究[J].产业科技创新,2019,1(17):57-58.
