试验结果及分析

试验过程中风机模型典型放电现象如图8-28所示。图8-28（a）和图8-28（b）分别为两桨叶风机在模拟试验中，雷击中地面和雷击中桨叶的场景；图8-28（c）和图8-28（d）分别为三桨叶风机在模拟试验中，雷击中地面和雷击中桨叶的场景。

图8-28　风机模型典型放电现象

从图8-28可以看出，无论是两桨叶还是三桨叶风机，雷电都有可能击打在桨叶上或者桨叶以外的区域。雷击桨叶时，雷电先导先与叶尖的接闪器接触形成放电，再顺着叶片上的导线沿着接地电阻最后注入大地，保证桨叶在雷击的时候不被雷击毁，从而保证风力发电机的正常运行。

在每一个确定的空间间隙下，分别对接地电阻为0.25Ω、0.5Ω、1.0Ω、2Ω和5Ω的情况下进行了50次放电试验，得出雷击桨叶的概率。将试验结果进行描点并利用指数函数模型进行曲线拟合，得到各个试验条件下雷击桨叶的概率随接地电阻大小变化的曲线（图8-29），反映出当电极对地和对桨叶的距离不同时，各个接地电阻下雷击桨叶的概率。根据图8-29所示拟合曲线对比及分析可得以下结论：

图8-29（一）　各试验条件下雷击桨叶的概率随接地电阻大小变化的曲线(www.xing528.com)

图8-29（二）　各试验条件下雷击桨叶的概率随接地电阻大小变化的曲线

（1）电极对地面的距离会影响雷击桨叶的概率，并且随着间隙的增加而减小。这是因为随着间隙距离的变化，在当前间隙下的90%～100%的放电电压也会发生变化，电压的波动会影响试验雷击桨叶和击地的概率。但是间隙的变化并不会影响引雷能力与接地电阻大小的关系。

（2）在一个确定的空间间隙下，随着接地阻抗的增加，风机桨叶的引雷能力呈现一个快速下降的趋势，下降的速度与接地电阻的大小呈现负相关关系，表明接地电阻的增大对桨叶引雷能力的影响有饱和性。

（3）雷电波下桨叶引雷能力下降的速度和接地电阻大小的负相关关系较操作波下更为缓慢。这是因为接地电阻的增加会影响桨叶叶尖迎面先导发展的速度，随着接地电阻增大，迎面先导发展的速度会降低。雷电波下，由于击穿时间较短，迎面先导发展的时间不够，相比操作波下的情况，此时迎面先导发展得不够完全，因此对于接地电阻的变化敏感性也更强。而在操作波下，尽管接地电阻增加会降低先导的发展速度，但是迎面先导总是可以在击穿时间内发展到一个较为完全的程度，因此，在这种情况下，桨叶的引雷能力对接地电阻增加的敏感性相对较低，接地电阻对于引雷能力影响的饱和性也较为显著。

采用基础作为自然接地体的接地方案的接地电阻通常在0.15Ω左右。当接地电阻较小时，桨叶的引雷能力较强。但是海上风机的接地方案，接地电阻大小随着潮汐水位的变化而变化，在极端低水位的情况下接地电阻可能达到1Ω甚至更大。在这种情况下，接地电阻的变化带来的桨叶引雷能力的下降，会影响桨叶的雷电屏蔽性能。因此，在进行接地设计时，需要考虑接地电阻增大时，风机桨叶引雷能力下降的情况，以此来提高风机桨叶防雷措施的效果。