雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中，积雨云在形成过程中，带电云团可能对地面放出下行先导,遇到上行先导时，有时会产生由地面向云团的逆导主放电。在其主放电阶段里，会出现很大的雷电流（几十千安甚至更高），并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。风机具有诸多引雷特性，雷电击中风机原理图【如图1所示】。
图1 雷电击中风机原理图
风力发电机组的雷击危害主要包括：直接雷击造成的机械效应、热效应、冲击波等损坏，例如叶片击穿、折断、起火等损坏；雷电感应造成的感应过电压损坏，电磁感应损坏，例如电气设备模块烧毁、故障失灵、永久失效等损坏。由于雷击造成风机停机，造成发电量损失，带来经济损失。
目前，风力发电机的防雷部分主要参考的是《IEC 61400-24风力涡轮发电机系统第24部分：雷电防护》。按照标准，风机须配置外部雷电保护及内部雷电保护系统，外部雷电保护系统包括：接闪系统、引下线系统、接地系统；内部雷电保护系统（防止雷电电磁脉冲（LEMP）损坏）包括：等电位联结、电磁屏蔽、综合布线及电涌保护器（SPD）。
现今，几乎所有的风力发电机都配备引下线装置，且在风机机舱顶部都装有接闪器，可是这些装置不能完整地保护风机免受雷电破坏。当风机落雷时，雷电所产生或者带来的电势以及磁场包围整个风机，包括叶片，机塔，电线，以及机舱，防雷产品并不能保护整个风机。风力发电机落雷后，轻者叶片受损出现裂痕，严重则风机起火造成事故，不管哪样，直接后果即非计划停机，如果是海上风力发电机，则需配备专业检修船以及人员，如发生大故障，还需调用大型浮吊，且检修还得受天气的制约。因此，雷击所引起的风机故障对发电量以及修复成本的影响是巨大的。
国外研究表明，在雷击闪电事件中，绝大部分伴随有上行闪电。而对高耸建筑物造成破坏的，主要是因为上行闪电包含长时间雷击电流，也叫初始连续电流（简称“Icc”）。Icc电流中不会有任何脉冲电流分量，并且随后也不会出现回击（无后续冲击电流）。在2000年至2013年针对盖斯伯格塔进行的雷击电流监测的统计结果显示，总计实测闪电765次，上行闪电就有713次，其中又包含“Icc事件”338次，占上行闪电情况约47%，也就是将近一半，而这338个“Icc事件”都没有被现有闪电定位系统监测到。
初始连续电流Icc的累计电荷量通常大于300C（LPL I的要求），通常大于10/350冲击放电电流的能力，更易导致材料的熔化和腐蚀，而Icc无法被现有的闪电定位系统监测到。而风电场运维的统计数据告诉我们，实时监测雷电的发生，第一时间了解雷击情况，并及时采取有效的后续措施，可以显著降低雷电灾害天气对风力发电机关键设备造成的破坏风险。
而最新发布的关于风力发电机组雷电保护的国际标准修订版IEC 61400-24（2019）也提出建议为风力发电机配备雷电监测系统，监测风机承受的所有雷电流，也包括监测初始连续电流Icc，从而为后续维护提供指导方向。
图2 DEHN雷电在线监测系统结构和配置示意图
因此，风力发电机组配置一套可靠的系统，能够监测风机承受的所有雷电流（特别是Icc）是非常必要的。德和盛电气（DEHN）专业研究雷电防护相关技术超过百年（至今112年），其开发的雷电在线监测系统，由叶片监测装置、数据采集器、测量线圈及集线器组合而成，结构和配置如图2所示，能够实现上述这些功能。应用DEHN雷电在线监测系统的价值，主要包括如下三个方面：
一、避免二次损坏并减少停机时间。风机一旦被雷电击中（包括一般闪电定位系统无法监测到的Icc），传感器会立刻显示发生雷击并发出警报。这样能让风场运维人员迅速做出反应，并能在风电场中具体定位被雷电击中风力发电机，避免由于不确定哪台风机遭受雷击，而进行盲目排查所带来的高额检修成本以及非计划停机时长。当雷击事故只造成轻微损坏时，及时维修将缩短停机时间，运维人员也可以从后台判断是否需要对风力发电机进行全面维护，以避免任何二次损坏，例如叶片损坏；
二、雷击电流参数监测。可提供快速判断叶片、机舱、塔筒是否遭受雷击。若遭受雷击，提供雷电的峰值电流、初始连续电流Icc、电荷量、比能量和陡度等参数信息，提醒运维人员及时进行详细地检查，避免造成断裂、起火等重大事故；
三、作为保险公司的可靠证据。测量所有雷电流，包括初始连续电流Icc，以及雷暴期间每个风力发电机遭受直击雷的次数，这些数据可以作为保险公司理赔时直接可靠的证据。
关于DEHN：
“DEHN是一家具有百年历史的德国企业，专注于雷电防护领域，为客户提供系统解决方案，是行业技术的领跑者。
作为DEHN集团在中国设立的全资子公司，德和盛电气（上海）有限公司成立于2005年，销售业务和服务覆盖全国，公司为客户提供可靠的防雷解决方案、技术支持和培训、物流服务、设计咨询、测试等业务，同时还致力于智能防雷保护系统和电涌保护器的研发和设计，积极参与国际、国家、行业、团体等各类防雷标准规范制定。具备国内先进水平的实验室，可以支持本地研发活动和更好地服务本地客户，实验室能力完整覆盖8/20μs和10/350μs冲击测试、针对交流和直流SPD 的热稳定测试、失效模式模拟测试、组合波测试和环境可靠性测试等。
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来源：DEHN德和盛电气
