一、風電防雷的重要性與總體要求

風電場通常建設在沿海、山區或高原等開闊地帶，這些區域雷電活動頻繁、地形復雜、氣候多變。風力發電機組（WTG）高度可達 80–150 米，是雷擊的天然“避雷針”，直接雷擊和感應雷均可能造成設備損壞、停機甚至火災事故。因此，風電防雷工程需要從直擊雷防護、感應雷防護、接地系統、浪涌保護器（SPD）選型與安裝等方面進行系統化設計與施工。

根據《建筑物防雷設計規范》GB 50057-2010（2023 版修訂）、《風力發電機組防雷保護技術規范》GB/T 21714-2008及IEC 61400-24（風機防雷國際標準），風電防雷接地系統應滿足以下核心指標：

接地電阻：雷電防護系統（LPS）接地電阻 ≤ 10 Ω（土壤條件良好時 ≤ 4 Ω 更佳）。

雷電流沖擊耐受：直擊雷部分需承受 Iimp ≥ 200 kA（10/350 μs）的沖擊電流。

各子系統（塔筒、葉片、控制系統等）需等電位連接，防止雷電位反擊。

SPD 配合性：I 級、II 級、III 級 SPD 需能量分級、距離分區協調，殘壓滿足被保護設備的耐壓水平。

二、地凱科技風電防雷工程接地系統施工部署

風電場的接地系統不僅要承受雷電流，還需承擔運行接地（中性點接地、保護接地）和防靜電接地功能。因此，多采用聯合接地網設計，并在施工時考慮腐蝕、機械強度、土壤電阻率等因素。

1. 接地系統結構形式

常見結構：

環形接地網：沿風機基礎外緣 0.8–1.2 m 處敷設接地環，并與塔筒法蘭、基礎鋼筋網焊接。

放射型接地極：由塔基向外均勻輻射 4–8 條接地極，與接地環相連，增加泄流面積。

混合型接地網：在風機群之間通過接地引下線相互連接，形成全場大地等電位網絡。

2. 施工步驟

（1）土壤電阻率勘測

采用四極法測量土壤電阻率 ρ（Ω·m）。

測量深度建議 ≥ 3 m，確保數據反映雨季和旱季變化。

（2）接地體選材與參數

水平接地體：采用熱鍍鋅扁鋼 ≥ 40 mm × 4 mm（GB/T 700 Q235-B），鍍鋅層厚度 ≥ 70 μm。

垂直接地極：采用熱鍍鋅圓鋼直徑 ≥ 16 mm，單根長度 2.5–3 m，螺紋或焊接連接，鍍鋅層厚度 ≥ 85 μm。

銅包鋼接地棒（耐腐蝕要求高地區）：直徑 ≥ 14 mm，銅層厚度 ≥ 0.25 mm，電導率 ≥ 98%。

（3）接地體埋設

埋深 ≥ 0.8 m（冰凍地區應在凍土層以下 0.3–0.5 m）。

接地極之間間距 ≥ 2 倍極長，減少相互影響。

水平接地體在塔基周圍封閉敷設，焊接搭接長度為扁鋼寬度的 2 倍，圓鋼直徑的 6 倍。

（4）焊接與防腐

焊接采用滿焊，不得有氣孔、夾渣。

焊縫冷卻后刷兩遍防腐瀝青漆或導電防腐涂料。

關鍵部位可加包裹熱收縮防腐帶。

（5）等電位連接

基礎鋼筋網與接地體可靠焊接，形成自然接地體。

塔筒底法蘭與接地環通過短粗接地扁鋼（長度 ≤ 1.5 m）連接。

控制柜、防雷器外殼、變壓器中性點、光伏逆變器（如有混合電源系統）等均應接至同一等電位點。

（6）接地電阻測試

工程完工后采用接地電阻測試儀（符合 GB/T 3047.1）測量。

測試值必須 ≤ 10 Ω（群組接地網絡通常可達 2–5 Ω）。

三、防雷材料參數表（核心部分）

鍍鋅扁鋼：≥ 40×4 mm，鍍鋅≥70 μm，GB/T 700、GB/T 13912，抗拉強度≥ 335 MPa

鍍鋅圓鋼：φ≥16 mm，鍍鋅≥85 μm，GB/T 700、GB/T 13912，長度 2.5–3 m

銅包鋼棒：φ≥14 mm，銅層≥0.25 mm，GB/T 10125，電導率≥98%

焊接搭接：扁鋼寬度×2，圓鋼直徑×6，GB 50057-2010，滿焊無缺陷

防腐涂料：瀝青漆/導電防腐漆，GB/T 1727，厚度≥200 μm

四、地凱科技風電場浪涌保護器（SPD）選型

風電場 SPD 需要覆蓋：

葉片與輪轂內部（引雷與導雷通道）

塔筒內電源與控制電路

升壓變壓器與集電線路

通訊與監控系統（SCADA）

1. SPD 分類與安裝位置

塔基低壓配電柜進線端：I 級 SPD（電源型） Iimp ≥ 25 kA/極（10/350 μs），Uc=385 V，Up≤2.5 kV，承受直擊雷泄流

塔內控制柜：II 級 SPD（電源型），In=20–40 kA（8/20 μs），Uc=385 V，Up≤1.5 kV 吸收感應雷

SCADA/通訊端口：信號SPD（RJ45/RS485），In=5 kA（8/20 μs），Up≤600 V，傳輸速率≥100 Mbps，防護通訊設備

光纖監控接口：光纖防雷器，光電隔離，防止浪涌通過光電轉換器侵入

2. 選型要點

耐受能力：I 級 SPD 必須滿足 IEC 61643-11 Class I 要求，沖擊電流能力不低于 25–50 kA（10/350 μs）。

工作電壓：Uc 按系統額定電壓選取（常用 400/690 V 風機），需留 15–20%裕度。

殘壓匹配：Up 應低于設備耐壓水平（一般 PLC、變頻器耐壓 1.5–2 kV）。

響應時間：≤ 100 ns（電源 SPD），≤ 25 ns（信號 SPD）。

外殼防護等級：戶外 SPD 防護等級 IP65 以上，耐鹽霧≥720 h（GB/T 10125）。

五、綜合施工部署示例（單臺風機）

塔基接地網施工

挖基槽深 0.8–1.2 m，敷設 40×4 mm 鍍鋅扁鋼環形接地體。

每隔 90° 向外布放 3 m 鍍鋅圓鋼接地極，并與環形接地焊接。

與塔基鋼筋焊接，形成聯合接地體。

等電位連接

塔筒底法蘭用短接扁鋼連接至接地環。

控制柜、防雷箱、變頻器、油溫監控器均引接地銅排連接至接地環。

SPD 安裝

塔基低壓配電柜：安裝 I 級 SPD（Iimp=25 kA，Uc=385 V）。

塔內控制柜：安裝 II 級 SPD（In=20 kA，Uc=385 V）。

SCADA 接口：安裝 RJ45 千兆信號防雷器。

光纖入口處：安裝光纖隔離防雷模塊。

驗收與測試

接地電阻測試 ≤ 10 Ω。

SPD 通斷指示正常，脫離器工作可靠。

防雷施工記錄與隱蔽工程拍照存檔。