雷擊對風電機組的損害一直受到風機企業的關注，本文主要對機組如何擺脫雷擊困擾及風電行業未來的防雷技術如何發展等問題做出介紹。

一、雷電災害是世界公認的最嚴重十大自然災害之一，雷電對風力發電機組的破壞有多大？風能領域中防雷問題越來越受重視，很多風電公司為此特設風電防雷部，與此同時，風能設備上的防雷，從技術層面上，到底應該怎么防？

莊嚴：眾所周知，雷電作為一種正常的大氣放電現象是防不住的，我的工作是降低機組在雷擊接閃后所產生的損失，提高機組的抗雷擊性能。所以從這個角度說，我做的并不是防雷，而是防損，是研究怎樣降低雷擊造成的損失。

其次，雷電對機組的影響應該分為兩個方面；直接損失和間接損失。直接損失是指在機組接閃后造成的設備損壞，包括：葉片、電控設備的損壞；間接損失是指有雷擊而造成的停機時間和維修成本。由于雷擊在風場的運行隱患中屬于無特定條件的隱患，往往只能在雷擊后才能夠采取補救措施，而雷擊一般造成的后果所產生的維護成本都比較高，所以近年來得到了整機廠、葉片廠和業主的重視。

最后，回答你的第一個問題。雷電對風機的影響究竟有多大我不好說，但有組數據可以說明問題：據德國相關部門的統計數據，每百臺機組的雷擊數量約在10%左右，國內某風場葉片因雷擊的損壞率是5.56%；按雷擊后需要對葉片進行更換的成本計算，更換一臺機組葉片的吊裝費用約100萬元人民幣，葉片的成本約30-40萬元，把全部費用綜合起來，更換一臺機組中的一個葉片的直接費用約在150萬元。而更換所需要的停機時間最少在72小時以上，這還不算有雷擊后當時及事故調查所需要的停機時間；平均計算怎么也要100小時，這些損失也是龐大的。我想這也是為什么雷擊問題會得到多方面重視的原因。

二、目前，風機在雷擊的問題上受哪些方面影響較大，或者存在那些問題呢？

莊嚴：行業中雷電的了解程度應該說不是很高，雖然都很重視但由于沒有專門的研發團隊，所以對機組的抗雷擊性能的提高或者說機組的防雷水平不是很高。

首先，機組葉片的有效接閃率較低是影響機組受雷擊損失較大的因素。很多人不了解什么叫有效接閃率：有效接閃率是指葉片在接閃時雷電點是否在葉片的接閃器上，如果在接閃器上接閃，就叫有效接閃；如果雷擊點不在接閃器上，而在葉片的其他部位，就叫做無效接閃。我是第一個在風電行業中提出提高機組的有效接閃率的概念的人，在此之前行業中還沒有人提出過這種觀點。造成目前機組有效接閃率較低的原因是葉片生產廠家對葉片的布置沒有專門的研究，只是了解接閃器應該放在葉片的最高點，如果說到原理，采用的還是尖端放電的原理。而風力發電機組的葉片的接閃器實質上動態的，不同機組的葉片在的額定風速下的轉速是不一樣的，接閃器從水平0°運行到360°所形成軌跡的速度及在形成閃電通道時所在垂直270°上產生的位移長度不同，所以不是隨便安裝一組接閃器就能滿足要求的。

如果能夠提高機組的有效接閃率，那么最直觀的效果就是降低了葉片因雷擊的損壞率。

第二，地電位反擊已經成為機組受雷擊影響比重較大的因素
 

機組接地電阻的大小直接影響機組在接閃后是否會造成地電位反擊的重要參數。同樣是遭雷擊，接地電阻低的機組電控系統沒有任何損壞；而接地電阻高的機組，大多造成電控設備的損壞。還有一些防雷公司將風場接地全部聯合起來形成大地網，而實際情況確卻是，當這個大地網上的某一機組遭雷擊后，相鄰機組由于接地電阻不同而受到地電位反擊，此類事故在很多采用多機聯合的風場中非常常見。

三、很多風場都在進行防雷接地的招投標，那么防雷接地的效果與機組有什么樣的關系呢？

莊嚴：我在《風力發電廠雷電風險評估》一文中對國內某風場進行了全場雷電風險評估的初步分析，通過結果看出。全場41臺機組中，存在較高雷擊風險的機組達到31%，這31%里面高接地電阻的機組占到了10臺。而且從全國的風場看，絕大多數機組目前運行在高接地電阻狀態下運行。高接地電阻不僅對雷擊存在較大風險，絕大部分機組采用TN-C供電制式，N與PE線實質上共用接地網。由于TN-C系統自身波動率較高，較高的接地電阻在電網出現波動時會形成零電位漂移，造成系統電壓的抬升，加速設備老化等問題。

四、正如您所說，葉片接閃器很重要，那給風機裝避雷針是不是行之有效的方法，此外機組的電控設備防雷有什么問題嗎？還有進一步完善的空間嗎？

莊嚴：說到裝避雷針，的確看到過給機組上裝避雷針的案例。首先你不能再葉片上裝避雷針了，因為這樣就改變了葉片的氣動性能；如果你把避雷針裝到機組上，按照目前的IEC標準所采用的滾球法來看，這個避雷針根本不會有什么作用，因為一般葉片的長度都在38米左右，按照這個高度的保護半徑計算機艙都是在保護半徑內的。如果作為裝飾應該是允許的。對于電控設備的防雷國內外機組的防雷一般采用的防雷措施是等電位和安裝SPD。對于SPD的安裝我看到很多國外風機的公司采用的是二級防雷保護，應該說屬于保護不全。另外，還要談到機組的防雷分區，按照IEC62305系列標準，風力發電機組作為高度超過100米的構筑物，其不僅受到直擊雷的影響，還會受到側擊雷的影響。對于SPD的安裝應該按照不同的防雷分區進行合理的設計，國內包括國外的很多風機在等電位和SPD的選型上，應該說還有很大的空間。

五、您覺得風電行業中未來的防雷技術會有怎樣的發展呢？例如海上風機的防雷技術。

莊嚴：就像我上面提到的，機組的有效接閃率一樣，應該說在風電行業的防雷領域中我能夠預見的發展應該在這幾個方面：

1、 如何提高機組葉片的有效接閃率？如果能夠提高機組有效接閃率，那么就等于節省了一筆更換葉片的費用；
2、 風力發電廠的區域雷電風險評估，如何在風場進行微觀選址時把機組的雷擊預期考慮進去。風力發電廠作為一個動態的區域，其針對每臺機組的雷電風險評估不是一個簡單的對現有標準的套用，而是一個需要跨學科、結合多方面因素綜合評估過程考評的結果；

3、 此外，如何改變被動的防雷，而采取主動的防護措施，例如考慮機組的雷電預警應該也是一種行之有效的方法；

4、 最后是機組雷電通道的建立，如何改善雷電流及軸承寄生電流對軸承的電流腐蝕；

5、 海上風電的防雷技術，應該說目前還沒有完整的技術規范。由于海上的雷暴活動低于陸地上的，所以很多公司認為海防機組的防雷不用做過多的特殊防護；而恰恰相反，雖然海上閃電數量少，但是單次雷電能量是陸地的幾十倍，適應于內陸的防雷配置可能在海上會遇到較大的挑戰。

六、對了，經常在防雷相關的雜志上看到您的論文，不知道您有哪些關于風電的論文呢？

莊嚴：其實風電防雷和其它系統的防雷是一樣的，只要做到了對系統的了解和熟悉原理都是差不多的。從去年關注防雷到現在寫了幾篇文章如：《風力發電機組直擊雷防護特點》、《風力發電機組的災害防護》、《青藏高原的風力發電機組接地工程設計》、《風力發電機組接地工程設計》、《風力發電廠雷電風險評估》和一篇翻譯日本專家的《一種新型的風力發電機組防雷方法》。

七、說到專利，您怎么看國內風電行業防雷專利的問題呢？

莊嚴：我認為國內風電行業也防雷專利少的主要原因并不在于是否是防雷專利，全國風電整機和相關產業的企業中自主知識產權本身就少，應該說與這個行業初期的技術引進是有關系的。而現在很多公司逐步開始重視專利問題，如華銳、上海電氣等公司的專利數量已經趨于國內領先地位。其中防雷專利的比例也在提高，這也說明企業在重視知識產權的同時也在重視機組的防雷問題。雖然我進入風電行業剛剛一年，我的在職風電專利申請已經達到了6項，已經有4項的專利收到了受理通知書。

總結：雷電一直都威脅著電子設備的安全，我們應該注重防雷、增強防雷意識，努力把雷電的危害降到最低。