圖1 雷電擊中風機原理圖
風力發電機組的雷擊危害主要包括：直接雷擊造成的機械效應、熱效應、沖擊波等損壞，例如葉片擊穿、折斷、起火等損壞；雷電感應造成的感應過電壓損壞，電磁感應損壞，例如電氣設備模塊燒毀、故障失靈、永久失效等損壞。由于雷擊造成風機停機，造成發電量損失，帶來經濟損失。
目前，風力發電機的防雷部分主要參考的是《IEC 61400-24風力渦輪發電機系統第24部分：雷電防護》。按照標準，風機須配置外部雷電保護及內部雷電保護系統，外部雷電保護系統包括：接閃系統、引下線系統、接地系統；內部雷電保護系統（防止雷電電磁脈沖（LEMP）損壞）包括：等電位聯結、電磁屏蔽、綜合布線及電涌保護器（SPD）。
現今，幾乎所有的風力發電機都配備引下線裝置，且在風機機艙頂部都裝有接閃器，可是這些裝置不能完整地保護風機免受雷電破壞。當風機落雷時，雷電所產生或者帶來的電勢以及磁場包圍整個風機，包括葉片，機塔，電線，以及機艙，防雷產品并不能保護整個風機。風力發電機落雷后，輕者葉片受損出現裂痕，嚴重則風機起火造成事故，不管哪樣，直接后果即非計劃停機，如果是海上風力發電機，則需配備專業檢修船以及人員，如發生大故障，還需調用大型浮吊，且檢修還得受天氣的制約。因此，雷擊所引起的風機故障對發電量以及修復成本的影響是巨大的。
國外研究表明，在雷擊閃電事件中，絕大部分伴隨有上行閃電。而對高聳建筑物造成破壞的，主要是因為上行閃電包含長時間雷擊電流，也叫初始連續電流（簡稱“Icc”）。Icc電流中不會有任何脈沖電流分量，并且隨后也不會出現回擊（無后續沖擊電流）。在2000年至2013年針對蓋斯伯格塔進行的雷擊電流監測的統計結果顯示，總計實測閃電765次，上行閃電就有713次，其中又包含“Icc事件”338次，占上行閃電情況約47%，也就是將近一半，而這338個“Icc事件”都沒有被現有閃電定位系統監測到。
初始連續電流Icc的累計電荷量通常大于300C（LPL I的要求），通常大于10/350沖擊放電電流的能力，更易導致材料的熔化和腐蝕，而Icc無法被現有的閃電定位系統監測到。而風電場運維的統計數據告訴我們，實時監測雷電的發生，第一時間了解雷擊情況，并及時采取有效的后續措施，可以顯著降低雷電災害天氣對風力發電機關鍵設備造成的破壞風險。
而最新發布的關于風力發電機組雷電保護的國際標準修訂版IEC 61400-24（2019）也提出建議為風力發電機配備雷電監測系統，監測風機承受的所有雷電流，也包括監測初始連續電流Icc，從而為后續維護提供指導方向。
圖2 DEHN雷電在線監測系統結構和配置示意圖
因此，風力發電機組配置一套可靠的系統，能夠監測風機承受的所有雷電流（特別是Icc）是非常必要的。德和盛電氣（DEHN）專業研究雷電防護相關技術超過百年（至今112年），其開發的雷電在線監測系統，由葉片監測裝置、數據采集器、測量線圈及集線器組合而成，結構和配置如圖2所示，能夠實現上述這些功能。應用DEHN雷電在線監測系統的價值，主要包括如下三個方面：
一、避免二次損壞并減少停機時間。風機一旦被雷電擊中（包括一般閃電定位系統無法監測到的Icc），傳感器會立刻顯示發生雷擊并發出警報。這樣能讓風場運維人員迅速做出反應，并能在風電場中具體定位被雷電擊中風力發電機，避免由于不確定哪臺風機遭受雷擊，而進行盲目排查所帶來的高額檢修成本以及非計劃停機時長。當雷擊事故只造成輕微損壞時，及時維修將縮短停機時間，運維人員也可以從后臺判斷是否需要對風力發電機進行全面維護，以避免任何二次損壞，例如葉片損壞；
二、雷擊電流參數監測。可提供快速判斷葉片、機艙、塔筒是否遭受雷擊。若遭受雷擊，提供雷電的峰值電流、初始連續電流Icc、電荷量、比能量和陡度等參數信息，提醒運維人員及時進行詳細地檢查，避免造成斷裂、起火等重大事故；
三、作為保險公司的可靠證據。測量所有雷電流，包括初始連續電流Icc，以及雷暴期間每個風力發電機遭受直擊雷的次數，這些數據可以作為保險公司理賠時直接可靠的證據。
關于DEHN：
“DEHN是一家具有百年歷史的德國企業，專注于雷電防護領域，為客戶提供系統解決方案，是行業技術的領跑者。
作為DEHN集團在中國設立的全資子公司，德和盛電氣（上海）有限公司成立于2005年，銷售業務和服務覆蓋全國，公司為客戶提供可靠的防雷解決方案、技術支持和培訓、物流服務、設計咨詢、測試等業務，同時還致力于智能防雷保護系統和電涌保護器的研發和設計，積極參與國際、國家、行業、團體等各類防雷標準規范制定。具備國內先進水平的實驗室，可以支持本地研發活動和更好地服務本地客戶，實驗室能力完整覆蓋8/20μs和10/350μs沖擊測試、針對交流和直流SPD 的熱穩定測試、失效模式模擬測試、組合波測試和環境可靠性測試等。
來源：DEHN德和盛電氣
