风机防雷困难重重 工作仍有可为

　自然界中由雷电造成的损害可分为两类：直接雷击灾害和间接雷击灾害。两种雷击灾害都能对风电场运行造成影响。

　　雷电直接灾害是指雷电直接击中人体、建筑物、设备等，并对其造成直接的损害，是雷云对大地某点发生的强烈放电，如雷电击中建筑物、架空的电力线、电话线以及人畜死亡等。直接雷击声光并发，咄咄逼人，老幼皆知。间接雷击则悄悄发生，不易察觉，后果严重，主要是通过电磁感应产生。

　　间接雷击发生时会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上，对发电、用电设备造成极大危害。风电场微电子设备器件极端灵敏，这一特点很容易受到无孔不入的雷电电磁脉冲的作用，造成微电子设备的失控或者损坏。已经85岁的老专家张重诚研究了一辈子雷电防护，最近却对一个防雷问题很疑惑。他发现，风力发电如此热门，可风电机组防雷的研究成果却不多。

　　我国风能资源重点开发区域、规划的千万千瓦风电基地，如蒙西、蒙东、吉林西部和张家口坝上风电基地属于雷电多发区域，容易遭受雷电影响，需要加强防雷设计、雷电监测评估和预警工作。相比来说，山东、江苏两个千万千瓦基地年雷暴日数在20～40天之间，处于雷暴日数较少区域，而哈密东南部、酒泉千万千瓦基地很少发生雷暴活动。

　　张重诚偶尔会到一些风电场转转。逐渐增多的风机撒满大地，百多米的塔身直插天空，一个个风机在他眼中就像一个个引雷器，令他不敢想象防雷不到位的后果。张重诚呼吁：“风机防雷需要高度重视。”

　　雷击现象时有发生

　　风电是一个最新的话题，但是有关风机防雷的话题却很少。雷击已成为自然界中对风机安全运行危害最大的一种灾害，风机遭雷击事故时有发生。风机遭受雷击的概率有多大，往往取决于两个要素——地域雷电活动情况及地质条件，风机本身的高度。风机的高度往往在百米以上，很容易成为雷击目标。

　　如今，风机发展的一大趋势是单机容量越来越大。单机容量越大，风机轮毂高度越高，进一步增加了被雷击的风险。我国风机遭雷击的概率有多大?中国电力科学研究院高压所过电压室高级工程师时卫东表示，我国目前还没有完整的统计数据，但来自海南东方风电场的数据显示，仅仅是风机叶片的雷击损害率就达到5.56片/百片·年。在国际范围内，国际电工委员会曾公布了德国1991年~1999年、丹麦1990年~1999年的风机遭雷击数据。数据显示，德国一般地区风机雷击损坏率8台/百台·年，山地是14台/百台·年，丹麦风机雷击损坏率约是4台/百台·年。

　　“我国的雷击概率不会比德国低。”时卫东认为。和德国、丹麦等国家相比，我国风电场所处位置的地质和气候条件相对更加复杂，雷暴日天气更加频繁。尤其是我国山地较多，更是增加了风机遭雷击的风险。

　　中船重工(重庆)海装风电设备有限公司副总经理汤文兵表示：“我国前期开发的风电场都是环境相对较好的风场，而且风机高度较低，本身的雷击风险就小，所以风机被雷击中的情况相对少。但随着开发的风电场环境不断恶劣，风机的雷击风险正不断增大。”从这一角度看，风机防雷成为与风机低电压穿越同样重要的技术课题。

　　现在很多人都没有意识到风机防雷的重要性。时卫东表示，风电场业主重视风机防雷，但并非高度关注，据了解，风电场往往会规定风机遭雷击的概率上限，只要制造商提供的产品符合这一规定即可。如果风机遭雷击受损，那么由制造商负责赔偿、更换。当前我国风机运行时间都比较短，雷击事件发生概率较小，因此不足以判定风机防雷效果。风机因雷击受损后，的确可以将维修成本转嫁给制造商，但如果未来风机并网瓶颈解决，风电场风机频繁脱机，势必会对电网造成伤害。

　　据了解，早期风机都是有保险的，遭雷击后有厂家修，还有商业保险，损失能转嫁。但是现在，商业保险几乎都不再保雷击。这可以看作是雷击危害严重的表现。

　　与风电场业主的观点相似，很多风机制造商也不认为风机防雷是严重的问题，因为他们“考虑了风机防雷的问题，生产的所有风机都是装有防雷装置的”。

　　在国内某风机制造商的产品宣传单上，标示了种种防雷措施：等电位连接，加装屏蔽，加装SPD，加装避雷器……

　　“这些装置是企业普遍采用的。”时卫东说，“但这些装置安放在哪里，是否合理，则需要核实。”例如，风机叶片上会安装接闪器，但叶片那么大，究竟安在什么地方合适，用什么方法安装最能有效拦截雷击?对于这些更为深入的内容，目前研究得并不多。

　　风机防雷认证体系尚未建立

　　人们的不重视，导致风机防雷标准的制定进度缓慢。2008年，中国船级社制定发布《风力发电机组规范》，对防雷系统进行了一般规定;2011年1月1日开始实行风机防雷标准，标志着国标出现;而今年3月，行业标准刚刚进入征求意见稿阶段。

　　“国标看上去更像是一个指导性的标准。它推荐了很多防雷的方式，让厂家自己选。而这些防雷方式，只是对以前已有方法的总结。因此，它的可操作性不是很强。”时卫东分析说。

　　目前，风机防雷认证体系尚未建立，这与风机防雷标准迟迟不能出台相互关联。

　　时卫东表示，要实现风机防雷，首先需要能够检测、评定防雷效果。譬如风机上使用的避雷器，在进行型式试验时应该有指标。在我这里做过实验并通过后，我给你盖章，你的产品才能出去。

　　但是，现在有指标的，都是单个部件，而单个部件的防雷效果不等于整机效果。时卫东说：“我们不可能把一个风机摆到实验室里用雷劈，这种检测方法是不可行的。不突破整机防雷的认证方法，风机防雷就难有大的改进。”但是经过长期研究，还是有一些现在可以做的工作。

　　首先，可以奠定“两个基础”。两个基础是，完整的雷电灾害资料、仿真和实验研究能力。有完整的雷电灾害资料，才能确定雷击的部位，供风机设计时参考;仿真和实验研究能力，则保证模拟出雷击风机场景，这是拟定研发策略的前提。

　　其次，促进风机制造商、业主及科研单位充分沟通。目前，风电场由多家发电企业投资建设，雷击资料分散，无法汇总统计。如果各个主体能协调合作，就能有效掌握雷击资料，对防雷设计非常有用。制造厂家一般不具备仿真实验能力，而科研单位具备，合作同样能促进风机防雷仿真实验研究的长足进步。

　　目前，中国电科院已经开始了努力。在河北张家口的风光储项目中，中国电科院启动了雷电防护研究。这个项目采用了不同厂家的产品，不同厂家的防雷系统不一样，在地理条件、微气候环境相同的情况，时卫东和他的同事希望得出防雷效果对比数据，最终确定更好的防雷方法。