孙健孙相海林建民
(山东省莒县气象局, 莒县, 276500)
摘要：
随着风能发电的普及，风机等设备遭雷击越来越频繁，损失越来越大。本文通过对雷击事故的调查分析，找到发生雷击事故的原因，并提出了改进措施，为风能发电设备防雷提供一点帮助。
关键词：风能设备；雷击事故；风机
1雷击基本情况
2013年8月28日，华润新能源（日照）风能有限公司报案称，2013年8月3日莒县碁山镇西陈家尚庄村西老亡顶山头18号风机遭受雷击，一支风机叶片损坏,无法正常运行。
2雷击事故灾情调查
雷击时间：2013年8月3日4时58分
雷击事故地点：北纬35度54分09.9秒、东经118度51分09.1秒，该受损风机位于老亡顶山的顶部，风机最高点距地面（老亡顶山顶平面）80m。
雷击灾情勘察：一支风机叶片尾部出现三处破损迹象，脊梁外露，脊梁的内部出现导线，其外表未发现金属导体。破损点表面积为4000cm2、深度 13 cm,其中连接导体规格50mm2，叶片的表层为环氧树脂，脊梁为碳纤维材料。
闪电定位仪资料：2013年8月3日4时58分至5时20分之间，在该次雷击事故发生地半径5km范围内发生大小12次对地闪击，最大雷电流为40kA。
风机叶片遭雷击情况见下图：
图1风机叶片遭受雷害情况
3雷击灾害损失情况
该次雷击事故造成一支风机叶片主梁损坏（爆裂），风机生产厂家鉴定不可修复，需要更换，直接经济损失 130余万元。
4雷击调查资料分析
1）该位置处风机年预计雷击次数[1]：
该风机年预计雷击次数为
N=kNgAe （1）
式中k为校正系数，风机位于山顶上取k=2；
Ng为风机所在位置雷击大地的年平均密度（次/km2/a)
Ae为与建（构）筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）
按下式计算Ng=0.1×Td=0.1×34.3=3.43（次/km2/a)，式中Td为当地年平均雷暴日（取Td=34.3天）；该风机所在位置处的长宽高分别按50m、50m、80m计算，Ae=0.052km2。
因此，该次雷击事故发生地的风机年预计雷击次数为
N=kNgAe =2×3.43×0.052=0.36（次/a）
根据GB50057-2010，分类属第二类防雷建（构）筑物。
2、闪击风机叶片的雷电流强度：
经雷电定位仪监测，该次雷击最大雷电流为40kA。
3、雷击瞬间热量计算：
雷电流产生的热效应[2]：
（2）
式中i为雷电流（kA）； R为被击物体电阻值（Ω）；t为雷电流时间（µs）。经计算，此次雷击产生的热量为3.68×103J，该热量足以使叶片表面（环氧树脂材料）击穿，叶片内部的主梁（碳纤维材料）因热效应爆裂，部分熔化。本次雷电闪击实际是雷暴云与叶片内排流线间的电流闪击，也就是说当雷暴云与叶片内排流线间的电位差大于5×105V/m时，强大的雷电流击穿空气闪击到叶片内排流线所致。
5.灾害认定结论
雷电闪击在叶片内排流线，强大的雷电流产生的热效应，致使叶片被击穿，叶片内主梁爆裂，部分熔化。造成本次雷击事故的主要原因是由于叶片内接闪装置即排流线设置不规范造成的。
6.雷电灾害防御措施建议
通过此次雷击事故可以看到，风机叶片内虽敷设了排流线作为接闪装置，因排流线未靠近叶片表层敷设，仍造成叶片及主梁损坏。建议在风机叶片表面敷设一层金属屏蔽网罩并接地，从而更好地保护内部设备免遭雷击损坏。
参考文献
1《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010(2010版)
2 陈渭民 雷电学原理[M] 2003年8月
3梅卫群 江燕如 建筑防雷工程与设计[M] 2004年3月
作者简介：孙健（1991-），男，山东莒县人，大学本科，助理工程师，主要从事气象服务工作。
