風能，作為一種清潔的可再生能源，取之不盡，用之不竭。隨著我國“雙碳”目標的提出，風電發展駛入快車道，陸上、海上的風電場建設如火如荼，成為保護環境、輸送綠色能源的“風中使者”。 截至2022年底，我國累計裝機超過18萬臺，容量超3.9億千瓦，同比增長14.1%；其中，陸上累計裝機容量3.6億千瓦，占全部累計裝機容量的92.3%，海上累計裝機容量3051萬千瓦，占全部累計裝機容量的7.7%。

因風力發電機的發展趨勢逐漸從小容量向大容量邁進，風機也越來越大、越來越高，葉片越來越長，從而或多或少面臨著受到雷擊放電和損壞的風險；雖然風機內部已配置了防雷保護設備，但在一些極端的天氣條件下并不能完全保護風機免受雷電破壞，眾多的陸上、海上風電場在運行過程中還是存在被雷擊致損壞的隱患。因此，有必要對風電場運行中需要考慮的防雷安全問題和雷電監測手段進行探討。主要需要從風機內部和風電場區兩個不同的角度進行考慮。

一、風機內部防雷及雷電監測

目前，風力發電機的防雷部分主要參考的標準是《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）。正如前文所述，即便風機內部已按標準配置了這些雷電防護裝置，但依然不能完全地保護風機免受雷電破壞，因此，在風機內部配置雷電在線監測系統，及時了解風機是否遭遇雷擊、獲取相關的雷電流數據以判斷風機（或葉片）可能受到的雷擊損壞程度，精準進行維護就尤為重要。

圖1 雷電在線監測系統DEHNdetect

德和盛電氣（DEHN）專業研究雷電防護相關技術超過百年（至今113年），其開發的雷電在線監測系統DEHNdetect，主要由葉片監測裝置、數據采集器、測量線圈及集線器組合而成，結構和配置如圖1所示，其特別之處在于能夠監測到葉片中的沖擊電流（>5kA）和初始連續電流（>100A）。初始連續電流簡稱“Icc”，大概率出現在上行閃電中，也是對高聳建筑物造成破壞的主要因素，目前尚無法被現有的其他雷電監測或定位系統監測到。同時，其特別工藝生產的測量線圈，能夠監測且量化經過整個風機的沖擊放電電流（500A~250 kA），和初始連續電流（Icc，60A~2.5 kA），監測范圍廣，且精度較高。

除了上述監測系統，德和盛電氣還開發了一套簡化版的雷電監測系統DEHNdetect LMS（Lightning Monitoring System，簡稱“LMS”），LMS系統秉承了DEHNdetect系列高靈活性、高精度和高可靠性的特點。可實時、在線、精準地監測雷電流，將風機葉片遭受雷擊的情況及時地反饋給客戶，并能夠甄別遭受雷擊的葉片。如圖2所示，LMS 系統由智能雷電分析儀和雷電采集單元組成，測量范圍最大可達300kA。獨特的EMC 設計，保證數據更高的準確性。巧妙的設計，即使斷電也能保證數據的安全，并仍能繼續監測雷電，為客戶提供可靠、便捷的服務。

圖2 雷電監測系統DEHNdetect LMS

上述的兩套風機雷電監測系統的價值，主要包括如下三個方面：

1.精準定位事故風機。風機一旦被雷電擊中，可立刻定位風電場中具體哪臺風機被雷電擊中，避免由于不確定而進行排查所帶來的高額檢修成本以及非計劃停機時長。

2.避免二次損壞并減少停機時間。當雷擊事故只造成輕微損壞時，及時維修,停機時間將會更短，運維人員也可以從后臺判斷是否需要對風機進行維護，以避免任何二次損壞，例如葉片損壞。

3.雷擊電流參數監測。可提供快速監測葉片、機艙、塔筒是否遭受雷擊，并提供雷電的沖擊電流、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。

4.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。

二、風電場區防雷保護及雷電監測

對于風電場而言，風機至升壓站和升壓站至電網輸電塔等部分常需架設架空線路，由于很大部分的風電場建設在東南沿海、海上、高山等區域，雷暴日頻率較高，除了風機本身很可能遭受雷擊之外，架空線路也不例外，帶來比較多的問題就是常常因為避雷器被擊毀，導致場區線路跳閘，而雷擊損壞避雷器運維人員并不知情，受條件限制排查難度很大。

圖3 避雷器和脫扣器組成的避雷器監測裝置

德和盛電氣的中壓避雷器、脫扣器和位移測量模塊組成的避雷器監測裝置可以幫助風電場區解決相關問題，其脫扣器實質是一個火花間隙（上下金屬件之間留有縫隙，四周用鋁箍箍住），在正常狀態下，通過避雷器泄放雷擊能量，此時脫扣器無動作，主線路不受雷擊影響；當中壓避雷器損壞（短路），無法吸收大量能量時，所有能量集中于脫扣器中，脫扣器瞬間承受很大能量，產生熱效應，直接崩開抱箍，使脫扣器脫離主線路，確保切斷短路回路，因此，脫扣器位移測量模塊反饋的數值能夠反映中壓避雷器是否毀壞。同時，帶有遙信功能的監測裝置可以定位具體線路中哪個避雷器損壞，及時向運維人員報警，能夠有效減少排查線路和跳閘恢復的時間。