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風力發(fā)電，現(xiàn)在被稱為明日世界的能源。由于它屬于可再生能源，而且不像火電、核電、水電會造成環(huán)境問題，所以對社會的可持續(xù)發(fā)展對能源的要求，達到了舉足輕重的地位。
目前，我國正在籌建裝機容量5～10 萬千瓦的大型風電場兩處，另外還在各地發(fā)展中小型風力發(fā)電裝置，至于小型家用風電，內(nèi)蒙自治區(qū)早在上世紀70 年代已相當規(guī)模，90 年代已有很大的發(fā)展?？梢?，配合風電開發(fā)，正確解決這種高聳易遭雷擊裝置的雷電防護和emc 問題已經(jīng)提到日程。
1 風輪、機艙、水平軸和尾舵的防護由圖1（略）可知，水平軸風電機部件是zui易受擊部位，特別是風輪端部。直擊雷電流，參考《建筑物防雷設計規(guī)范》，按二類防雷設計，應取150ka，波形10/350us。作為參考，該標準認為，機殼等鋼的厚度達到4 mm，即可認為能夠承受上述直擊雷電流。順便指出，有文獻在考慮風輪受到直擊雷時按不同方向用滾球法計算，實際上因風輪不斷旋轉，直觀法或保護角法也可使用。
2 風輪、機艙、水平軸、尾舵和塔柱的等電位連接機艙外殼應采用鋼板制成，為承受直擊雷壁厚不應小于4mm。若小于4mm，則應在適當位置，包括上方和兩側裝設幾支小避雷針，防止上方和兩側受到雷擊，穿透艙壁，損壞內(nèi)部設備。如果大型機組為減輕重量而用復合材料制造機艙外殼，則應在外面以網(wǎng)格形式裝設兼作接閃和屏蔽之用的鋼絲網(wǎng)，網(wǎng)孔不宜大于3×3cm2～4×4cm2，鋼絲直徑不宜小φ2.5mm，需通過屏蔽計算，必要時再加大鋼絲截面或縮小網(wǎng)孔。初步估計，對z=0.25us 到z=10us 的雷電流，應不小于40db。各網(wǎng)孔結點處應當焊接以保證電氣的連續(xù)性。
風輪與機艙間，機艙與塔柱間，尾舵與水平軸間，如無鉚接、焊接、螺接等可靠電氣連接，則應設兩個金屬（鋼）連接線，每個的截面不宜小于16mm2。上述各項連接使裝置成為電氣上的整體，各易擊點受到直擊雷時，都能保證順利地以zui近的路徑沿塔柱引入接地裝置，并流向大地。如果風輪由復合材料做成，則其端部必須由金屬（鋼）制成，以便接閃。此時應以截面不小于25～35mm2 的鋼線，沿葉片的邊緣及迎風面和背風面各敷設一條導流線。尾舵如由復合材料做成，也應沿外廓敷設鋼線，用來接閃和導通電流至水平軸。其中間也宜在兩側敷設鋼網(wǎng)。
風輪與機艙間，水平軸與塔柱間，尾舵（翼）與水平軸間，以及其它旋轉或活動部分間的跨接線需根據(jù)具體情況精心設計和安裝，并宜采用雙份，因為只要在長年運行中，因振動等作用力導致材料疲勞和斷開，則強大的雷電流就會通過軸承處的油膜放電，燒損軸承和主軸的接觸部位，不用許久，一兩年經(jīng)過幾次雷擊就會使這些部件損壞，而若旁站導線敷設得當，這些部件本應可靠運行很多年，而且大修時也只是更換硬度較小的軸承。
3 直擊雷工況的反擊電壓計算及其防護
風電機組與水電和火電機組在雷擊過電壓方面有機大不同，水電和火電機組有龐大的鋼結構廠房，發(fā)電機和控制、信息系統(tǒng)在寬闊的廠房內(nèi)，設備一般都遠離墻壁和接地引下線，墻壁鋼筋和鋼柱都不靠近設備。風電則是高聳塔式結構，非常緊湊，發(fā)電機和控制系統(tǒng)、信息都緊靠塔壁，無論風軸、機艙、水平主軸、還是尾翼受到雷擊，機艙內(nèi)的發(fā)電機及控制系統(tǒng)等設備都可能受到機艙的高電位反擊，在電源和控制回路沿塔柱引下的途中，也可能受到反擊。
1975 年作者指導花木橋水電站的工頻和沖擊反擊試驗，在機房直接短路接地和施加雷電流4300a 進行沖擊試驗，作者提出反應屏蔽效果的反擊系數(shù)。1981—1982 年，作者為水科院進行大型電子計算機房防雷設計時，又將我國各部門經(jīng)驗概括為dbsg 技術，即分流、均壓、屏蔽、接地。
1985 年，作者與解廣潤合作的論文《關于微波通信站防雷問題的商榷》（《電力技術》，1985，6）中，又提出帶“保護”（protecting）的dbsgp 技術，和防雷中普適的dbsgp 系統(tǒng)。反觀過電壓保護規(guī)程（1979）中的，微波站防雷技術實際上已經(jīng)*采納了dbsgp 技術。在風電機組防雷中，當然是上述防雷原則的進一步應用，其中“接地”一項，至少要用5ω。對發(fā)電機及其勵磁系統(tǒng)，繼電保護和控制系統(tǒng)、通信和信號以及計算機系統(tǒng)等均應由制造廠安裝相應的過電壓保護裝置。至于電力和信息回路由機艙到地面開關柜，除應采用屏蔽電纜外，還應再穿入接地鐵管，使反擊系統(tǒng)降至0.1%。此外，各回路均應在柜內(nèi)安裝防雷裝置。這樣dbsgp 系
統(tǒng)在各節(jié)點層層設防，才能使機艙電位高達1600kv 的*電壓，仍然承受住反擊電壓，保證各種設備安全運行。電力和信號線的雙層屏蔽，除防止反擊外，還起到信號線的抗干擾（emc）作用。
4 接地與電磁兼容問題
丹麥廠家在島上的風電機組，其開關柜未與塔柱做等電位連接和封閉在外廓封閉的接地網(wǎng)之內(nèi)，所以未發(fā)電即發(fā)生雷擊事故。其另一不該出的問題：電力和信號電纜均無屏蔽層，而且電纜過長，就盤成一堆，放在地面上，感應雷電過電壓都要引發(fā)事故。我們應采用下圖（略）的接地布置方式，使機柜與塔柱和機艙做等電位連接，至于接地網(wǎng)的具體尺寸及數(shù)據(jù)，則根據(jù)山上土垠情況來決定。
反擊電壓計算，機艙電位：
u=iri+l（di/dt）=150×3+0.5×40×150/2.6=450+1150=1600kv （1）
采用dbspg 技術后，分別取表1 中反擊系數(shù)，按下式算出風電系統(tǒng)的反擊電壓列于表中：u=ku （2）
表1 機艙中風電系統(tǒng)的反擊電壓（u=1600kv）
部位
發(fā)電機電壓
（220v-6kv）
勵磁系統(tǒng)
繼電保護及控制系統(tǒng)
通信系統(tǒng)
備注
欄號
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
k 值
0.02～0.05
0.004
0.005～0.01
0.04
文獻[3][6]，圖3
u
32～80
6.4
8～16
64
設備耐壓值
v（kv）
6～50
2～4
2～4
2～4
文獻[3][6]
可見，（1）～（4）欄中，反擊電壓幾乎均高于耐壓值很多倍，故各節(jié)點均應安裝保護裝置moa，其參數(shù)需分別由計算確定。moa 的通流能力，可按下式計算[3]：i=（u-ur）/z （ka） （3）
式中，ur 為電流i 時的殘壓（kv）；z 為電流通過的回路的波阻，約為150ω。試算法求出。
5 侵入雷電波的防護
根據(jù)多節(jié)點、多界面、多道防線原理及dbsgp 技術，保護裝置布置如下：發(fā)電機出口裝發(fā)電機過電壓保護裝置： mhvp-g-70 保護器，mhvp-hrtwd-220 型波吸收器（1.5～2μf），以及進線保護電纜段l=l1+l2=50～100m 的l2 段（從地面開關柜到發(fā)電機出口），電纜兩端及中間多點接地（共5 點及以上），以及地面開關柜內(nèi)的cc-300 型電感線圈（300μh），和保護電感線圖及電纜頭的
mhvp-sa-70（保護接線圈略）。
6 設計標準和可靠性指標
直擊葉輪、機艙、尾艙時的耐雷水平：i1=150ka，τ=2.6μs，r1=5ω，直擊地面進線段首端，i2=50ka，進線電纜的地埋部分l1 =15～20m。進線首端r2=5ω。
耐雷指標：可靠性指標目標值：mtbf =50 年（1kl=40d/a），由半統(tǒng)計法和判據(jù)對比法確定，并據(jù)以校核和確定保護系統(tǒng)的諸參數(shù)。（參考我國電力系統(tǒng)的設計和運行指標：微波通信站，60 年；小型發(fā)電機，30～100 年）。