國(guó)外統(tǒng)計(jì)風(fēng)電場(chǎng)每100風(fēng)機(jī)年的雷擊數(shù)基本維持在10 %左右。在所有引發(fā)風(fēng)電機(jī)組故障的因素中，外部因素（如風(fēng)暴、結(jié)冰、雷擊以及電網(wǎng)故障等）占16 %以上，其中雷擊事故約占4%。由于雷電現(xiàn)象具有非常大的隨機(jī)性，因此不可能完全避免風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊，只能在風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中，采取防雷措施，使雷擊造成的損失減到至小。

圖一 雷擊損壞的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備

     雷電現(xiàn)象是帶異性電荷的雷云間或是帶電荷雷云與大地間的放電現(xiàn)象。風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊的過(guò)程實(shí)際上就是帶電雷云與風(fēng)電機(jī)組間的放電。在所有雷擊放電形式中，雷云對(duì)大地的正極性放電或大地對(duì)雷云的負(fù)極性放電具有較大的電流和較高的能量。雷擊保護(hù)比較關(guān)注的是每一次雷擊放電的電流波形和雷電參數(shù)。雷電參數(shù)包括峰值電流、轉(zhuǎn)移電荷及電流陡度等。風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊損壞的機(jī)理與這些參數(shù)密切相關(guān)。
峰值電流
     當(dāng)雷電流流過(guò)被擊物時(shí)，會(huì)導(dǎo)致被擊物溫度的升高，風(fēng)電機(jī)組葉片的損壞在很多情況下與此熱效應(yīng)有關(guān)。熱效應(yīng)從根本上來(lái)說(shuō)與雷擊放電所包含的能量有關(guān)，其中峰值電流起到很大的作用。當(dāng)雷電流流過(guò)被擊物時(shí)（如葉片中的導(dǎo)體）還可能產(chǎn)生很大的電磁力，電磁力的作用也有可能使其彎曲甚至斷裂。另外，雷電流通道中可能出現(xiàn)電弧。電弧產(chǎn)生的膨脹過(guò)壓與雷電流波形有關(guān)，其燃弧過(guò)程中的強(qiáng)烈高溫將對(duì)被擊物產(chǎn)生極大的破壞。這也是導(dǎo)致許多風(fēng)電機(jī)葉片損壞的主要原因。
     轉(zhuǎn)移電荷
     物體遭受雷擊時(shí)，大多數(shù)的電荷轉(zhuǎn)移都發(fā)生在持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)而幅值相對(duì)較低的雷電流過(guò)程中。這些持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的電流將在被擊物表面產(chǎn)生局部金屬熔化和灼蝕斑點(diǎn)。在雷電流路徑上一旦形成電弧就會(huì)在發(fā)生電弧的地方出現(xiàn)灼蝕斑點(diǎn)，如果雷電流足夠大還可能導(dǎo)致金屬熔化。這是威脅風(fēng)電機(jī)組軸承安全的一個(gè)潛在因素，因?yàn)樵谳S承的接觸面上非常容易產(chǎn)生電弧，它就有可能將軸承熔焊在一起。即使不出現(xiàn)軸承熔焊現(xiàn)象，軸承中的灼蝕斑點(diǎn)也會(huì)加速其磨損，降低其使用壽命。
     電流陡度
     風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊的過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生控制系統(tǒng)或電子器件的損壞，其主要原因是感應(yīng)過(guò)電壓的存在。感應(yīng)過(guò)電壓與雷電流的陡度密切相關(guān)，雷電流陡度越大，感應(yīng)電壓就越高。
在風(fēng)電機(jī)組中，可能產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓的區(qū)域是：
     ① 機(jī)艙內(nèi)部和穿過(guò)偏航軸承的地方；

     ②連接到控制室和配電室的電纜中。
     位于這些區(qū)域任何一端的電氣控制設(shè)備，都需要裝設(shè)電涌保護(hù)器件。風(fēng)電場(chǎng)中使用的電力電纜與變壓器相連，而變壓器需要裝設(shè)特殊的過(guò)電壓保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)。
     另一方面，風(fēng)電企業(yè)、氣象部門與電網(wǎng)部門的協(xié)調(diào)統(tǒng)籌能力以及氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度低。風(fēng)電本身具有不穩(wěn)定性，不易準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，風(fēng)況不穩(wěn)定，產(chǎn)生的電能就不穩(wěn)定，在歐洲12至24小時(shí)的風(fēng)能產(chǎn)能預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度達(dá)到90％以上，未來(lái)3天預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度可達(dá)80％。這種不穩(wěn)定需要大容量電網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)，我國(guó)的電網(wǎng)沒(méi)有發(fā)達(dá)國(guó)家這種調(diào)節(jié)能力。風(fēng)電的電能質(zhì)量較差，其電壓不穩(wěn)和諧波往往得不到有效控制，導(dǎo)致風(fēng)電有可能成為電網(wǎng)管理部門頭疼的“垃圾電”，因此風(fēng)電的過(guò)電壓防治協(xié)調(diào)問(wèn)題比較突出。
     我們依據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)TBP-690V系統(tǒng)輸出電壓的新一代電涌保護(hù)器。其外型結(jié)構(gòu)依然設(shè)計(jì)為35mm導(dǎo)軌安裝型。

圖二 690V風(fēng)電專門使用電涌保護(hù)器

     產(chǎn)品按雷電發(fā)生的環(huán)境，對(duì)保護(hù)電流進(jìn)行了區(qū)別，適用不同的區(qū)域選型。

表一 690V電涌保護(hù)器的環(huán)境選型

     按額定電壓不小于760V，進(jìn)行的壓敏設(shè)計(jì)和配套元件設(shè)計(jì)，滿足風(fēng)電機(jī)的特殊需要。其各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均不低于進(jìn)口同類產(chǎn)品。

表二 690V電涌保護(hù)器的典型技術(shù)參數(shù)

     SBTG風(fēng)電變電用過(guò)電壓保護(hù)器，與常規(guī)過(guò)電壓保護(hù)器的主要區(qū)別，在于大容量設(shè)計(jì)。不只具有常規(guī)的防感應(yīng)雷和操作過(guò)電壓功能，同時(shí)具有特殊的意義。一方面有效的降低殘壓，吸收大電流，提高風(fēng)電電壓自身的穩(wěn)定性；另一方面防止由于風(fēng)電電壓不穩(wěn)定導(dǎo)致的干擾嚴(yán)重保護(hù)器本身容易燒毀問(wèn)題。在多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)變壓器保護(hù)使用，效果明顯。

表三 風(fēng)電配電專門使用過(guò)電壓保護(hù)器的典型技術(shù)參數(shù)

圖三 風(fēng)電專門使用大容量過(guò)電壓保護(hù)器（35kV）

     雷擊是影響風(fēng)電機(jī)組乃至整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)行的重要因素，電壓不穩(wěn)是造成風(fēng)電不受重視的重點(diǎn)關(guān)鍵。關(guān)注風(fēng)電，關(guān)注風(fēng)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)技術(shù)，是改善風(fēng)電環(huán)境中不可或缺的組成部分，它對(duì)保證風(fēng)電的安全運(yùn)行具有重要的意義。選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)保護(hù)設(shè)備，降低風(fēng)力發(fā)電中的雷擊和電壓不穩(wěn)定性因素，應(yīng)予以足夠的重視。