海上風機葉尖曲率對接閃器防雷性能影響研究

馬愛清， 鄭銘揚， 徐捷立

(1.上海電力大學電氣工程學院，上海 200090；2.國網重慶市電力公司市區供電分公司，重慶 400015)

0 引言

海上風機往往經受各種自然條件的損害，其中尤以雷擊危害最大。如果雷電直接擊中葉片，就可能導致風機嚴重的破壞，包括葉片分層斷裂，表殼脫落，熱融化，甚至爆炸[1-2]。而且海上風機所處高鹽、空曠和多雷雨環境[3-4]，使其更易受雷擊，停運及維修成本更高昂，給海上風電產業帶來了極大的困擾[5-7]。此外，隨著單機容量的增加，其雷擊率也會隨風機尺寸升高而增多，目前的防雷系統設計也需要做出相應的改變。

IEC 61400-24技術標準是目前風電機組防雷設計的主要參考標準[5]，在如何應對雷擊這一方面，提出可以在葉片上裝設金屬導體，以實現將雷電電流引導至葉片根部；或在葉片表面涂抹導電材料，使葉片成為導體，以便將電流傳導至葉片根部。風電場監測數據指出，將近90%的雷擊事故發生在葉尖5 m范圍內，10%發生在距葉尖5 ～ 10 m范圍內[8]。IEC標準中只考慮小型風機的情況，但是隨著單機容量的增大，風機高度的增加，風機遭受上行雷擊的概率顯著增大，現有標準低估了雷擊風機的實際情況。

國內學者針對接閃器防護效果，結合實驗對葉片防雷效率進行了一系列算法方面的研究。文獻[9]通過計算風機各處接閃面積求得典型角度的葉片表面雷擊概率分布。文獻[10-11]得出在葉片的旋轉作用下，正極性的雷電對接閃點的位置有很大影響，建立了實際尺寸的葉片表面雷擊概率評估模型，葉尖接閃器的防護效果優于葉身接閃器。……