风电机组雷击接闪概率 关键技术研究
二〇一八年十月十七日
雷电是什么？ 雷电是一种极端自然天气现象，是指由强积雨云引起的伴有雷电活动及短暂降水的局地天气，在地面观测中则是指伴随有闪电和雷鸣的天气现象，其危害的广泛性不言而喻。作为一种雷暴天气过程中的超长间隙放电现象，放电过程中产生的直接电流热效应和间接电磁辐射效应每年在全球的各个地方都造成了巨大的人员伤亡和财产损失，已成为联合国公布的十种最严重的自然灾害之一。
引 言
风机防雷保护研究工作现状 （1）优化工作：参照IEC、GB、NBT 等标准对现有设计进行优化 （2）理论研究：相对较少（雷电原理、引雷机制、雷电防护模型）
引 言
风电机组遭遇雷击的机理 风机如此高大尖端物体极易遭受雷击？
梯级先导接近地面时地面电场快速增加，当到达临界值时即会在突出物尖端始发上行先导并逐渐发展最终与梯级先导连接，即在地面突出的尖端物体（如风机叶片尖端、机舱尾部避雷针）上会产生方向向上的放电现象。上行先导将会朝向梯级先导方向发展从而发生最终击穿。随后会形成一个导电性良好的通道，在随后的回击过程中会通过此通道将巨大的雷电电流泄放进大地。
防雷保护设计的原理？
为了避免由雷击地面物体造成的损失，往往在容易产生上行先导的位置设置良好的接地设施将雷电流引流入大地，以防止雷电流对保护物体产生损害。
风电机组雷击概率的相关性：
外围影响因素 梯级先导发展速度 温度 湿度 … … …
风电机组自身特性 叶片长度 风速 风轮转速 … …
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雷电防护模型
该方法认为处于避雷设备（避雷针、避雷线） 以一个固定角度与地面形成的空间内， 可以免遭直击雷的损害。
1、折线法
研究者们提出使用一个虚拟的球体来计算避雷设备的保护范围。这种方法认为由虚拟半径的球体在被保护物体表面上滚过，由于避雷设备的存在，在若干区域内球体无法触及。这些球体未能滚过的区域就被认为是避雷设备的保护区域。
2、滚球法
该方法认为计算避雷设施的保护范围不仅仅是由滚球法所提出的几何问题，而是与雷电回击电流幅值相关的问题，如果被保护物体与下行梯级先导之间的距离小于时即认为此处遭受到雷击。对于解析关系式里的参数a、b一直都有研究者们在不断改进以期提高计算精度。虽然电气几何模型还存在有一些不确定性，但是却不失成为一种被行业内广泛使用的方法用于对电力架空线的避雷设计，于此同时也被大范围的被使用在建筑物、变电设备、飞行器等方面的防雷设计上。
3、电气几何模型法
梯级先导不断向地面发展，直到发展到最后一步时流注贯穿在梯级先导头部与地面尖端物体之间形成的间隙中，此时最终的雷击点才被真正确定。
电气几何模型意义
风力发电机组雷电风险评估
基于闪电闪击距离概念也有相应的等效截收面积的计算方法。该方法认为当梯级先导与闪击点之间的距离达到临界长度时，就会在闪击点上发生闪击。该临界长度可根据IEC62305规范中提供的击距计算公式得到：
如下图所示，风力发电设备在工作期间三个叶片不断处于旋转状态。在旋转过程中，风力发电设备的高度和宽度时刻处于变化之中。从图中可见，风力发电设备的三个叶片对称呈120°角布置。于是其可以用旋转角度 表示为：
对于风力发电机组等效截收面积的计算可分为两类：其一是未能包含任何物理根据，仅为了方便工程上的应用而提出的以3倍高度为等效截面半径的计算方法；另一种以闪击距离为基础，提出了随着风力发电机组叶片转动角度变化的等效截面半径的计算方法。通过这两种方法计算得到的等效截收面积如下图对比所示：