这种传统的避雷方式,沿用富兰克林在建筑物上的防护理念,却忽略了风机的特殊性——接闪器所在的叶片是旋转的,这要多精准才能让闪电精准击中,这难度不亚于射击天上千米以外的鸟。而风力发电机安装位置一般都在空旷地带或者山顶上,更为雷击创造了有利条件。这些因素直接决定了风力发电机遭受雷击的外因。
近年随着双碳战略的实施,中国新能源行业发展如火如荼,尤其是风力发电机,已经从2010年左右的2MW发展到16MW甚至更高,除陆地安装外,近海甚至远海安装已经成为大趋势。但随之而来的防雷问题也越发突出。尽管整机厂给出5年甚至更好的质保,但是一旦发生雷击事故,产生的发电损失还是无法估量,而质保期过后,雷击损失将会成几何级上涨,尤其对海上风力发电机来说,费用会更高。
目前,全球风力发电叶片防雷主要采用外部防雷系统(LPS),其核心逻辑是通过人为设置的“接闪点”吸引雷电,并利用导线将巨大的电流安全引入大地,从而保护绝缘体的主板主体不被损坏。

这种传统的避雷方式,沿用富兰克林在建筑物上的防护理念,却忽略了风机的特殊性——接闪器所在的叶片是旋转的,这要多精准才能让闪电精准击中,这难度不亚于射击天上千米以外的鸟。而风力发电机安装位置一般都在空旷地带或者山顶上,更为雷击创造了有利条件。这些因素直接决定了风力发电机遭受雷击的外因。
常见的防雷措施包括以下几个方面:
1.接闪系统(Air-Termination System)
这是防雷的第一道防线,用于“捕捉”雷击:
金属接闪器(受体):在刀片表面(尤其是叶尖和边缘)嵌入小型金属盘或金属螺栓。它们作为优先接闪点,引导雷电击中这些特定位置。
金属叶尖(金属帽):某些对于大型刀片,直接将叶尖部分制作成整体金属面罩,以应对高、概率高能量的叶尖雷击。
导电涂层与金属网:在叶片表面喷涂导电漆或覆盖金属网,以扩大接闪范围,防止雷电击穿叶片外壳。
无论哪种形式的接闪器,精确接闪难度都很大。所以有些厂家为了扩大接闪点面积,在整个叶片敷设了金属网或者涂了导电材料,殊不知,这将更加增大雷击叶片的概率,而这种辐射的形式,在雷击后往往会对叶片造成损伤,得不偿失。这种案例比比皆是。

2. 引下线系统(Down Conductor System)
电流被捕获后,需要快速传输:
内部引下线:在叶片内部敷设高导电性能的粗铜缆或编织导线,将接闪器的电流引向轮毂(Hub)。
分流设计:针对现代碳纤维叶片,需通过多条引下线或特殊的电磁闪光设计,防止电流在碳纤维层中产生感应电流造成结构破坏。
引下线的难度在于链路的一致性,由于从叶尖到接地点的路径中会通过轮毂的电刷,滑环等雷电流转移系统,另外还存在多个连接点,因此,雷电流在这些“高阻”地区会发生放电或者产生高热,容易把引下线熔断或者机械力拉断,导致引下线系统发生断路,如果不能及时发现,下次再有雷击或者有后续雷击,叶片接闪系统就会失效,后果非常严重。