近年来，风电场的大量兴建引发人们对风电机组安全问题的广泛关注。在风电场众多的安全影响因素中，雷电的危害是一个重要方面。本文结合山区风电机组特点及雷击损坏情况，从雷电先导发展机理、风电机组直击雷防护方法和风电机组雷击电磁暂态过程等方面分析了国内外现有风电机组雷电防护技术研究现状，并据此提出山区风电机组防雷方面有待深入研究的三个方向。课题项目：重庆电子工程职业学院2022 年校级科研项目———基于一体波阻抗模型的风电机组雷电过电压分析及抑制措施研究（22XJZXYB13）；重庆市教育委员会科技项目（KJQN201802405）。
作者：陶家元 郑雪娜 曹强 顾小慧 吴胜磊 何慧君
（全文发表在《价值工程》2023年2月）
0 引言
在“十四五”规划和“碳达峰、碳中和”的战略背景下，加快清洁能源快速发展以及推动能源行业绿色转型刻不容缓。其中，构建以新能源为主体的新型电力系统是我国电力系统转型升级的重要方向以及实现双碳目标的关键途径[1]，由此关于风电机组相关问题的研究受到相关领域专家学者的广泛关注。根据全球风能理事会（GWEC）发布的统计结果显示，截至2021 年底，全球累计风电装机容量达837.0 GW，中国累计风电装机容量为328.5 GW，占比39.2%居世界首位[2]，如图1 所示。
为了更好发挥风电场的发电作用，山区、平原以及沿海等空旷的地区成了风电场建立的首选，而这些地理位置里高耸的风电机组也刚好成为雷电选择攻击的主要目标，其安全稳定运行难以保障。山区风电机组有如下特点[3]：
①山区通常海拔较高，雷暴日亦较高。对于山区的风电机组而言，大多在多雷区和强雷区，风机距离地面最大高度超过百米，风电机组引雷效应比较明显。
②土壤电阻率较高，土壤电阻率不均匀。山区风电机组所处的地形和地质结构差异多样化，土壤电阻率在不同方向测量值差异大。
③山区风力发电机组深受接地网实施面积的影响，吊装平台面积极为有限。
④山路崎岖，交通不便。山区风电场道路较为弯曲，所需的施工材料运输不便，且运输距离较远。
以上四点为山区风电机组较为特殊的地方，其中高雷暴是较为突出的核心。基于以上情况，因此对山区风电机组的雷电防护提出了比平原风电场更高的要求。
1 风电机组雷击损坏情况
如今的风电机组尺寸大且电子器件密集，对全面的防雷保护能力提出了更高的要求。在国外，经过多年以来的实际运行统计得到风电机组雷击损坏率如表1 所示[4，5]。
在国内，风电场处于更为复杂的地理位置和气候环境，风电机组因受雷击损坏的问题越发尖锐和突出。华能南澳风电场2001-2010 年期间风电机组雷击损坏率为9次（/百台·年）[6]。东北某大型风电场雷击损坏的数据统计显示，2008-2011 年期间风电机组雷击损坏率高达37.5次（/百台·年）[7]。
雷电的危害主要有两部分：一为直击雷危害；二为感应雷危害[8]。直击雷的损害主要是通过雷电直接放电产生的巨大电磁能量对所击中的风机叶片或者机舱等部件产生的损害。对于感应雷而言，雷电击中风机后，雷电流在经叶片、机舱、塔筒和接地系统到大地的这一暂态过程中，雷电流因其快速变化而会感应出磁场，磁场又会引发很高的感应过电压，从而对风机控制系统带来极大的威胁。
参考文献：
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