摘要：将风力发电机系统和移动通信基站防雷设施拓扑图对比，用应县木塔雷电理论可以科学地解释风力发电机系统受雷击损坏的原因，针对这些原因采取相应的措施就可以解决风力发电机被雷击损坏的问题。

关键词： 风力发电机，避雷器，电荷，变压器，雷电，接地，基站

雷电季节如期而至，各地的风力发电机又开始押宝，希望不要被雷电光顾，不要被雷击损坏，有媒体用《“天打雷劈”的命，风力发电设备经常被雷电击中，十分无奈！》的标题，来感叹对雷电的无能为力。虽然发电机上都根据国家标准安装了避雷装置，但这些避雷装置从来都没有保护过发电机。其实出现避雷装置不避雷的情况不仅是在风力发电机上，纵横对比就会发现凡是按防雷标准进行防雷的地方都是这样，避雷器都没有防住雷击的作用。避雷器不防雷不仅是在我国，原苏联在80年前的就是这样了，图1是原苏联统计的输电线避雷器防雷的结果1。在我国电力和移动通信行业每年都有雷击损失。无数雷击事故的事实说明了用富兰克林雷电理论指导的防雷是失败的，在雷电和防雷上还是要坚持“实践是检验真理的唯一标准”的认识方法，不要迷信权威，当弃则弃。   

图 1 避雷器数量与雷击关系

既然无数雷击损坏的事实说明按国家防雷标准进行工程防护没有达到防雷的目的，如果换一个思路会如何呢，不根据防雷标准来防雷会不会有好的结果呢？《应县木塔雷击过程分析》提供了全新的雷电理论-应县木塔雷电理论和新的防雷途径2。

表格 1   2016年和2020年整改基站雷击计数器数据

应县木塔雷电理论揭示了雷电的本质和真相，说明了雷击并没有大量电荷入地。用这个理论较好地分析了移动通信基站被雷击烧毁的过程和原因，找到了基站被雷击损坏的根本原因是安装了避雷器，将避雷器拆除后，基站就再没有被雷击损坏过。表1是新防雷技术实验的数据。时隔4年的共10个基站35次雷击没有造成基站损坏。这些数据说明了应县木塔雷电理论是符合雷电本质的，不用避雷器的新技术是正确的，是符合实际的。

图 2 雷电的发生发展和结束

应县木塔雷电理论揭示了雷电的发生、发展和结束的全过程，如图2中abc所示。图2中右图表示发生雷击的过程，就是雷电向下先导空间正电荷团的电场对地面物体进行作用，地面物体产生的负电荷聚集形成畸变电场也产生一个向上的先导，当向下和向上的两个先导头部的空间正电荷团的电位差能击穿它们之间的空气间隙时，此时就发生了雷击。

用上述雷电过程来分析移动通信基站被雷击损坏的原因如图3。

 图 3  基站被雷击损坏的原因

图3中，铁塔避雷针受雷电向下先导空间正电荷团的作用，避雷针顶部聚集了大量的负电荷，由现代物理学知道，负电荷就是电子，也就是说避雷针上的负电荷是由和避雷针相连的所有金属物体中的电子移动过去的，失去电子的金属就会出现带正电荷的情况，图中因避雷器的一端接在地网上和避雷针相连一端和电源线相连，根据静电感应的原理，这样所有的电源线上都带有了电荷。随着感应电荷的增加，避雷器两端的电压差越来越大，直到击穿损坏，与此同时电源线上感应的电荷同样也越来越多，这些电荷主要聚集在电源线的端子上，这些端子就形成了类似点电荷的畸变电场，这个畸变电场将空气电离形成火花从而破坏了电源线的绝缘层，电源线起火将设备烧毁。

图 4是风力发电机避雷设施分布图，对比图3，两者的避雷设施和电路拓扑结构是一样的，根据基站被雷击损坏的原因分析，就可以得到风力发电机雷电电荷感应路线如图5：

图 4  风力发电机避雷设施分布图

图 5  风力发电机雷电电荷感应路线图

无论是基站配电箱还是风力发电机控制箱的烧毁，都有一个共同点就是烧毁的是箱内线路密集的地方，而不是整条的线路，如图6。这是因为根据静电感应原理，感应电荷出现在电线端子处，感应雷电荷聚集形成了类似点电荷的畸变电场，畸变电场将空气电离，电离的空气中大量的正负电荷不断复合从而产生高温将电线绝缘破坏，因电线绝缘层是阻燃的，这就是为什么只是在电线密集的地方燃烧而不是整条电线烧毁的原因，也说明了电线不是因为过载产生高温而燃烧。

图 6 塔基控制柜烧毁后基站设备烧毁

雷击风力发电机会引起叶片的燃烧，如图7。

图 7 叶片雷击起火

为什么叶片受雷击会起火燃烧呢？就是因为叶片中安装有防雷的金属材料，如金属条和金属网，如同上面的分析，叶片中的金属材料在雷电向下先导正电荷团电场的作用下产生感应电荷，感应电荷聚集在金属的端面上，因这些金属的尺度都比较小，少量的感应电荷就可以产生较大的畸变电场，畸变电场将叶片材料电离破坏，引起燃烧，因叶片中金属网有一定的面积，故起火面较大，几乎是整个叶片同时燃烧。

知道了雷击引起损坏的原因，采取措施就简单了：

1、 拆除所有的避雷器；

2、 箱变断开和风机塔的地网连接，另建一个独立的地网；

3、 不用使用含有小尺度金属的叶片；

4、 断开叶片接闪器和地网的连接。

参考资料

[1] 顾慈祥，《雷与避雷》1956

[2]赵敏文.应县木塔雷击过程分析[J].山西建筑，太原: 2018.44（11）:129-132

[3]赵敏文，陈永根，雷击基站交流供电线路燃烧机理分析[C]，北京，通信电源技术，2019.8

[4] 赵敏文，3+1防雷器是基站变压器损坏的主要原因[C]. 北京，通讯世界，2018.1