陶生金 刘孟 何明

摘 要：玻璃纤维复合材料叶片由于处于风力发电机组最高的位置，而本身具有电绝缘性，面临着严重的雷电威胁。本文基于实际风电场叶片运行中遇到的问题，依据IEC61400-24叶片雷击试验方法，开展叶片尖部雷电试验，获得不同雷电流等级、不同位置的叶片后缘雷击开裂特征，分析叶片开裂的过程，得出造成叶片后缘开裂的雷电流峰值临界值。

关键词：风力发电机组叶片;雷电试验;叶片雷击;雷电流临界值

中图分类号：TQ171.77 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）04-0060-04

Abstract：The glass fiber composite blade is in the highest position of the wind turbine， and it has the electrical insulation，which is faced with the serious threat of lightning. In this paper，the lightning problem encountered in the actual wind power plant of blade is studied. According to the lightning test method of IEC61400-24， the blade tip lightning test was carried out to obtain the characteristics of lightning cracking on the trailing edge of the blade at different lightning current levels and different positions. Furthermore， the process of blade cracking was analyzed， and the critical value of lightning current peak which causes blade trailing edge cracking was obtained.

Key words：wind turbine blade;lightning test; lightning stroke on blade; critical value of lightning current

0 前言

雷电放电电压高达上百万伏，峰值电流幅值超过300kA，发电时间短至数百μs，放电过程表现出强大的冲击波、巨变电磁场、强烈的电磁辐射以及炽热的高温[1]，[2]。风力发电机组属于高大建筑物，本身容易遭受雷电侵害，而叶片处于风机的最高位置，面临着更加严重的雷电威胁，特别建设的山地区域的风场经常出现叶片雷电损伤事件[3]。爱邦电磁根据国内不同区域700多台风机的雷电损伤统计，叶片的每年雷击损伤率为8.2片/（100片·年）。叶片主要由玻璃纤维复合材料制作，具有很高的电绝缘性，当雷电击中叶片复合材料时常出现纤维碳化、分层、穿孔、结构开裂的问题。在叶片雷击损伤问题中，结构开裂的修复难度最高，造成的经济损失最大。这主要是因为叶片壳体之间采用结构胶粘接的方式固定，一旦叶片遭受雷击，在雷电多物理效应的作用下，叶片粘接区域易出现开裂，伴随着叶片的转动，开裂程度会不断增大，而叶片在空中无法进行大面积开裂区域修复。……