DNV GL王希：根据IEC61400-24新规则设计的风机防雷系统的设计和认证规则

2018年10月17日-19日，2018北京国际风能大会暨展览会（CWP 2018）在北京新国展隆重召开。本次大会由中国可再生能源学会风能专业委员会、中国循环经济协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会、中国农业机械工业协会风力机械分会、国家可再生能源中心和中国电子信息产业发展研究院（赛迪集团）六大权威机构联合主办。

“风能综合技术研究”分论坛于10月18日上午召开。DNVGL可再生能源认证高级工程师、项目经理王希发表了题为“根据IEC61400-24新规则设计的风机防雷系统的设计和认证规则”的主旨演讲。

以下为演讲实录：

王希：各位好，我介绍一下，根据最新的IEC61400-24的防雷标准来进行风机制防雷系统的设计和评估的一些执行的变化。大家都知道IEC61400-24是针对风机的放雷系统的设计，2010年推出第一版，到今年有八年的时间，行业积累很多的现场经验，同时技术上面也有很大的发展，提出一些新的一些要求，新的这些要求将会在IEC，6140中体现，作为代表是IEC61400-24委会的成员，这个标准将会在明年发布，我今天给大家介绍一下。

我介绍一下目前风机防雷的主要情况，介绍一下IEC61400-24第二版中的一些主要的变化，可再生能源认证部门提供哪些服务为大家，一个展望和总结。根据我们的经验，以及很多的行业的统计报告可以看得出来，风机雷击损失，风机风计划停机最大的原因，同时也是风电场业主的因素，最大的一个问题每个人说我的风机上有放雷系统，为什么有这么多的损失，按照我们的经验，前面的风机目前已经在运营的风机大部分都是在按照IEC61400-24或者更好的标准进行设计，执行标准的时候行业比较缺乏现场运营的经验，同时对风机雷击损失的机理，在理论方面缺乏一些认识，造成了风机制叶片整机风电场在防雷系统设计的时候存在不足。我们观察到一个很普遍的现象，就是在部件，在叶片生产、安装过程中会存在很多的质量方面的一些不足，另外就是在现场防雷系统的运维，经常存在一些问题，从经验和技术上面的，另外一个方面，在限行标准中，存在不足要求不是很明确，以前的不管是IEC61400-24，还是2010标准里面都有防雷的内容，在这些标准里面，特别是对叶片的防雷系统都没有提出明确的测试要求，这就说在目前很多以前安装的风机里面的叶片，是没有经过雷电测试的，其实有人想要测试，在以前的标准里面对测试的方法和评判准则没有提出很明确的要求，导致大家没有一个明确，方便使用的一个标准。特别在国内，至少在2017年以前，是没有得到认可的，或者说有资质的雷电测试实验室，在这种情况下，即使大家想进行测试，也没有可以使用的，或者说有测试机构。

这种情况另外一个方面，大家可以看到，这是2012到2016年之间一个雷击密集的统计图，世界范围内的，国内以前的装机集中在山北地区雷击密度相对比较低的地区，海上风电，欧洲北海，波罗的海这些区域，也是相对来说雷击密度比较低的区域，这是以前可能在五年或者十年以前，在风机装机没有进入南部地区的时候，雷击损失并不是非常严重，但是这些年随着我们国内在进入风机装机进行海上风电领域，还有进入南部山地，现在业界任务大家可能听到很多风机雷击损失报告，风机雷电报告，引起业界相关者的重视。对现在风机防雷设计有一个标准化，同时要有一个经过验证的设计。

现在行业情况以及技术发展，在IEC61400-24的第二版中将会把所有目前我们收集到的信息，综合归纳以后，包含新的要求，建议都包含在这里面，这个标准第二版由IECTCEEMT24工作组进行更新，目前最新的进展CDV版已经通过了各个国家今年4月份通过各个国家的标委会的投票，FDIS版，标委会进行批准和投票，一切顺利的话，应该在明年上半年会发布。

总的来说第二版中是对第一版做了一个全面的改版和升级，主要的结构还是跟第一版一样，虽然还是有十二个章节，主要的内容在十六和十二技术章节里面，比较重要的一个，更新是它的附录部分，一个附录N，目前行业在叶片领域，大家比较关注的，关于叶片的相似形评估的标准。另外一个附录O关于数字分析方法的一个指南。附录P是针对所谓的转动部件，主要就是轴承怎么进行测量，附录Q是风电场接地系统，对行业有比较影响的变化，就是附录D，在原来也有，附录D，只是作为一个指南性的并不是强制使用，第二版开始这个附录D测试方法降至性使用的，在附录D里面对照第一版提出了更明确的测试的要求，或者方法，还有同时对这个这是结果的判定有比较明确的定义。

时间所限，介绍一下对行业有比较大影响的一些改变。

知道的一个变化就是对叶片防雷系统的验证方法的变化，就说目前这一版中提到三个验证的方法，一个就是最简单的做测试，高电压和高电流的实验，第二个按照附录D来进行，证明叶片之间的相似形。这个形似性的证明基于一个前提，叶片1作为参考叶片，参考叶片必须是在前面以及要通过按照方法A来进行实验的。

第三种方法通过一些分析或者是仿真的方法来进行，前提也是你参考你的模型必须有实验来验证。通过第二版发布以后，叶片的测试新的叶片的测试肯定是强制性的了，这方面需要业界提前做好准备。

在轴承方面，特别是在变量轴承，防雷有很多设计，下限会直接接到轴承的发廊上，传递到轮毂上有些连接措施，雷电流通过轴承的话，使用盘路设施，盘路设施和轴承进行相应的测试，测试的方法基本和叶片的测试方法是类似的，一个就是做实验，这个时候需要做高电流实验，另外也是需要验证相似形，也是要基于实验的基础，仿真的方法，通过实验来验证模型。轴承雷电防护的方法相应需要做的测试，雷电流百分之百通过轴承，一定要对轴承做高电流的测试，如果使用的方法是轴承加旁路，轴承和旁路设施一起进行测试，最后一种如果有一个完全的旁路方法来保护轴承的话，只能对这个盘路进行测试就可以了。

这是刚才我提到附录D里面的要求，针对这个高电压测试这个方面，一共有两个测试，一个是先导实验，最大的变化原来在第一版中要求测试90、60、30这个角度，现在新的版本中要求对10度进行测试，按照我们的经验，这个标准虽然还没有发布，行业里面已经开始使用了，10度对叶片雷击测试有很大的挑战，以前10度的角度都不能通过，叶片同人在设计防雷系统的时候要特别关注一下这个问题。

另外扫尾实验，对原来提出了一个，也有一个改进，目前测试电，针对目前不同的光线叶片和碳纤叶片，测试方法用金属网防护，针对碳纤叶片的防护方法。

高电流实验，和第一版相比现在的要求是非常明确了，它怎么进行测试，测试方法测试多少次，然后电流的参数，这些都已经提出非常明确的要求，另外一个非常大的改变就是说针对第一次在标准中提出冬季雷的概念，在日本非常常见，它的电荷量非常大，提到的测试的电荷量600库仑，对防雷系统有什么影响，对材料的选取有很高的要求。

传导电流实验，现在爱国对整个叶片里面的倒流，引下系统进行测试，固定安装的像一些压接的电缆接头进行测试，有一些滑动连接的烫刷，空气间隙这些都需要按照相应的标准来进行测试。我刚才提到对叶片行业朋友非常感兴趣，相似形的评估，用相似形的方法进行防雷系统的验证，那里面相似形没有做出定义，什么叫相似，准则是什么？第一版里面都没有做出定义，第二版得到了一个很大的改善，要求你要有一块参考叶片，我们称为叶片一，这块叶片，参考叶片，必须要通过所有的按照第一版第二版，所有的高电压和高电流的测试，和设计评估，需要验证这块叶片，叶片二，来跟参考叶片进行对比，对比主要的方面一个是设计，还有材料方面进行对比，如果你能够满足所有的评估的准则爱国的话，那这个就可以认为说这两块叶片是相似的，如果有不相似的地方，不相似的地方，防雷有什么影响？

这个相似形评估的方法在目前我们的认证项目里面已经得到使用，业界也是非常认同的，另外一个关于轴承的测试方法，轴承的测试，这个在以前还有朋友都知道，没有什么轴承做过这个防雷实验，有少数几家轴承场做过实验，报告也是不完善的，内容并不能体现，或者测试的方法不能体现现场轴承实际遭受到雷击的威胁。

在附录P里面，现在对轴承的测试方法提出一个比较明确的一些步骤，你要怎么进行测，还有一个最关键的一点，在测试完成以后，在最终的这个评估测试结果的时候，一定要对轴承剩余寿命做一个评估，作为重要的参数，提供给机场或者业主。

DNV有很多防雷的经验，大部分的主流主机场叶片场的合作伙伴，在认证方面为大家提供的服务，现在很普遍的就是叶片防雷系统的认证，其次避雷器保护器进行认证，在越来越多的风机上安装雷电测试，监控一些系统，我们对这个系统进行认证，实验室认可，2017年以前国内没有一个实验室，具备这个资质得到认可，只有两家这方面的实验室，全部都已经通过了DNV家的认可，测试方面已经具备了这个能力。第三方面我们对一些非标准的，有创新性的方法进行技术评估，现在很常见的防雷除冰系统，在标准里面没有写，防雷达到什么样的水平，也是目前业界正在讨论的一个话题。第四个越来越多的收到的询问，对于现存在这些防雷系统的既改方案的评估，以前防雷系统，2010年以前安装的系统我们可以说存在很大的不足，这个在现场运营里面发现雷击损伤还是比较多。

总的来说目前防雷在风电领域业主还有利益相关者提出来的要求就是我们需要一个标准话的，防雷验证的系统，IEC在明年改版IEC61400-24结合过去8年的经验提出些新的要求建议，把一些所有的经验总结在里面，特别是要提出的，希望业界关注的目前对这个叶片测试提出新的要求，并且是强制性的要求，其中的一些作为参考性的这些，特别像评估，在轴承的评估上面，对大家产生很多的帮助，这是今天我要讲的内容，谢谢大家。