风力发电机组通常位于开阔的区域，而且很高，所以整个机组是暴露在直接雷击的威胁之下，被雷电直接击中的概率与物体高度的平方成正比。兆瓦级风力发电机组的叶片高度达到150m以上，因此其叶片部分特别容易被雷电击中。风力发电机组内部集成了大量的电气、电子设备，如开关柜、电机、驱动装置、变频器、传感器、执行机构，以及相应的总线系统等，这些设备都集中在一个很小的区域内。毫无疑问，电涌会给风力发电机组带来相当严重的损坏。
风力发电机组遭雷击损坏后，由于故障损害分析和后续维修会有一段时间的停工期。对于风电场经营者来说，设备长时间停机会造成很大的经济损失。风力发电机组高昂的首次投资费用必须在有限的时间内收回，因此必须采取措施保证设备的长期稳定运行。根据雷暴活动水平这一指标可以知道某一地区一年中云对地闪击的次数。
当暴露在雷电直击范围内的物体高度超过60m时，除了云对地闪击之外，地对云的闪击也会出现。地对云闪击也称为向上闪击，它从地面先导，伴随更大的雷击能量。地对云闪击的影响对于风力发电机组叶片的防雷设计和第一级防雷器设计非常重要。根据长期观察，雷击除了机械损坏之外，风力发电机组的电子控制部分也常常损坏，主要有变频器、过程控制计算机、转速表传感器、测风装置。
2.防雷保护区
防雷保护区概念是规划风力发电机组综合防雷保护的基础。它是一种对结构空间的设计方法，以便在构筑物内创建一个稳定的电磁兼容性环境，构筑物内不同电气设备的抗电磁干扰能力的大小决定了对这一空间电磁环境的要求。
作为一种保护措施，防雷保护区应在防雷保护区的边界之内，将电磁干扰（传导性干扰和辐射性干扰）降低到可接受的范围内。因此，被保护的构筑物的不同部分被细分为不同的防雷保护区。防雷保护区的具体划分结果与风力发电机组的结构有关，也要考虑该保护区的结构型式和材料。通过设置屏蔽装置和安装电涌保护器，雷电在防雷保护区LPZ0A区的影响在进入PLZ1区时被大大缩减，风力发电机组内的电气和电子设备就可以正常工作，不受干扰。按照防雷保护分区的概念，一个综合防雷系统包括外部防雷保护系统和内部防雷保护系统。
（1）外部防雷保护系统。由接闪器、引下线和接地系统组成，它的作用是防止雷击对风力发电机组结构的损坏以及火灾危险。
1）接闪器。雷击风力发电机组的落雷点一般是在机组的桨叶上，因此接闪器应预先布置在桨叶的预计雷击点处以接闪雷击电流。为了以可控的方式传导雷电流入地，桨叶上的接闪器通过金属连接带连接到中间部位，金属连接带可采用30mm×3.5mm镀锌扁钢。对于机舱内的滚珠轴承，为了避免雷电在通过轴承时引起焊接效应，应将其两端通过炭刷或者放电间隙桥接起来。对于位于机舱顶部设施（如风速计）的防雷保护，采用避雷针的方式安装在机舱顶部，保护该设备不受直接雷击。
2）引下线。如果是金属塔，可以直接将塔架作为引下线使用；如果是混凝土塔身，则采用内置引下线（镀锌圆钢φ8～10mm，或者镀锌扁钢30mm×3.5mm）。
3）接地系统。风力发电机组的接地由塔基的基础接地极提供，塔基的基础接地网应与周围操作室的基础接地极相连构成一个网状接地体。这样就形成了一个等电位连接区，当雷击发生时可以消除不同点的电位差。
（2）内部防雷保护系统。由所有在该区域内缩减雷电电磁效应的设施组成。主要包括防雷击等电位连接、屏蔽措施和电涌保护。
1）防雷击等电位连接。它是内部防雷保护系统的重要组成部分。等电位连接可以有效抑制雷电引起的电位差。在防雷击等电位连接系统内，所有导电的部件都被相互连接，以减小电位差。在设计等电位连接时，应按照标准考虑其最小连接横截面积。一个完整的等电位连接网络也包括金属管线和电源、信号线路的等电位连接，这些线路应通过雷电流保护器与主接地汇流排相连。(www.xing528.com)
2）屏蔽措施。屏蔽装置可以减少电磁干扰。由于风力发电机组结构的特殊性，如果能在设计阶段就考虑到屏蔽措施，则屏蔽装置就可以以较低成本实现。机舱应该制成一个封闭的金属壳体，相关的电气和电子器件都装在开关柜，开关柜和控制柜的柜体应具备良好的屏蔽效果。在塔基和机舱不同设备之间的线缆应带有外部金属屏蔽层。只有当线缆屏蔽的两端都连接到等电位连接带时，屏蔽层对电磁干扰的抑制才是有效的。
3）电涌保护。除了使用屏蔽措施来抑制辐射干扰源以外，对于防雷保护区边界处的传导性干扰也需要有相应的保护措施，这样才能让电气和电子设备可靠的工作。在防雷保护区LPZ0A进入LPZ1区的边界处必须使用防雷器，它可以导走大量的雷电流而不会损坏设备。这种防雷器也称为雷电流保护器（Ⅰ级防雷器），它们可以限制接地的金属设施和电源、信号线路之间由雷电引起的高电位差在安全的范围之内。雷电流保护器的最重要的特性是按照10/350μs脉冲波形测试，可以承受雷击电流。对风力发电机组来说，电源线路LPZ0A进入LPZ1区边界处的防雷保护是在400/690V电源侧完成的。
在防雷保护区以及后续防雷区，仅有能量较小的脉冲电流存在，这类脉冲电流由外部的感应过电压产生，或者是从系统内部产生的电涌。对这一类脉冲电流的保护设备称为电涌保护器（Ⅱ级防雷器）。用8/20μs脉冲电流波形进行测试，从能量协调的角度来说，电涌保护器需要安装在雷电流保护器的下游。在数据处理系统安装的电涌保护器与电源系统上安装的电涌保护器不同，需要特别注意电涌保护器与测控系统的兼容性以及测控系统本身的工作特性。在数据处理系统安装的电涌保护器与数据线串联连接，而且必须将干扰水平限制在被保护设备的耐受能力以内。
3.接地系统
（1）TN系统，风力发电机组采用TN系统接地，可以较好地保护风力发电机组电气系统及人员的安全。
TN系统中，T表示系统中有一点（一般是电源的中性点）直接接大地，称为系统接地；N表示与系统直接接地点连接而间接接地，称为保护接地。TN系统就是风力发电机组宜设一共用接地装置，供所有设备接地之用，对于其他原因必须分开装设到接地装置，应采取等电位连接，连到共用接地装置上。
（2）TT系统，前一个T表示系统接地是直接接地；后一个T表示用电设备外壳的保护接地是经PE线接单独的接地板直接接大地，与电源中的N线线路和系统接地点毫无关联。
风力发电机组的接地系统应包括一个围绕风机基础的环状导体，此环状导体埋设在距风机基础1m远的地面下1m处，采用50mm2铜导体或直径更大些的铜导体；每隔一定距离打入地下镀铜接地棒，作为铜导体电环的补充；铜导电环连接到塔架两个相反位置，地面的控制器连接到连接点之一。有的设计是在铜环导体与塔基中间加上两个环导体，以改善跨步电压。
4.风力发电机组的接地电阻
为了将雷电流流散入大地而不会产生危险的过电压，风力发电机组的工频接地电阻一般应小于4Ω，在土壤电阻率很大的地方可放宽到10Ω。
如果风力发电机组放置在接地电阻率高的区域，要延伸接地网以保证接地电阻达到标准要求。若测得接地网电阻值大于要求的值，则必须采取降阻措施，直至达到标准要求。可以将多台风力发电机组的接地网相互连接，这样就可以通过延伸机组的接地网进一步降低接地电阻，使雷电流迅速流散入大地而不产生危险的过电压。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
