NB/T 31039-2012
基本信息
标准号： NB/T 31039-2012
中文名称：风力发电机组雷电防护系统技术规范
标准类别：其他行业标准
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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标准分类号
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出版信息
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标准简介
NB/T 31039-2012 风力发电机组雷电防护系统技术规范
NB/T31039-2012
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标准内容
ICS27.180
备案号：37739-2012
中华人民共和国能源行业标准
NB/T31039—2012
风力发电机组雷电防护系统技术规范Technical specificationfor lightningprotection system ofwindturbine2012-10-29发布
国家能源局
2013-03-01实施
1范围
2规范性引用文件：
3术语和定义、符号
防雷的一般要求
风力发电机组组件的雷电防护
6接地装置：
7人身防雷
附录A（资料性附录）
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
风力发电机组雷害风险评估方法叶片和其他风力发电机组部件试验方法·风力发电机组的电涌保护器选择与安装·风力发电机组雷电防护区（LPZ）的示意：图2减少轴承雷电流措施的示意
图3风力发电机组接地装置的连接表1每种LPL对应的雷电流参数最大值·表2每种LPL雷电参数最小值·
表3叶片接闪器、接收器、引下线的材料，形状及最小截面积·表4金属框架条的形状及最小横截面厚度NB/T31039—2012
NB/T31039—2012
本标准在编制过程中，主要参考了IEC61400-24：2010《风力发电机组第24部分雷电防护》。本标准侧重对风力发电机组雷电防护系统检查，因此着重于规定其雷电防护系统的最终要求。为提高本标准的可操作性和可检查性，鉴于风力发电机组雷电防护的特点，本标准强调主要从工程图纸与文件要求、试验以及责任分担这三个方面加以规定，以求最大限度地保证风电机组防雷措施的有效。本标准按GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构与编写》给出的规则起草。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由能源行业风电标准化技术委员会（NEA/TC1）归口。本标准负责起草单位：上海电器科学研究院、上海电科电器科技有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所。
本标准参加起草单位：浙江运达风电股份有限公司、东方汽轮机有限公司、苏州电器科学研究所股份有限公司、德和盛电气（上海）有限公司、欧宝电气（深圳）有限公司、上海电气集团有限公司输配电分公司、湘潭电机股份有限公司、兰州兰电电机有限公司、永济新时速电机电器有限责任公司。本标准主要起草人：尹天文、王碧云、方晓燕、叶董誉。本标准参加起草人：许国东、杨娅曦、胡德霖、鲍建军、王爱华、缪勇、龙辛、曹立新、贺志学、梁利娟、唐晓峰、果岩。
本标准为首次发布。
1范围
风力发电机组雷电防护系统技术规范本标准规定了风力发电机组应有的雷电防护措施以及检测的相关要求。NB/T31039—2012
本标准适用于陆上使用、额定功率在600kW及以上的水平轴风力发电机组的雷电防护系统。其他的风力发电机组可参照本标准。本标准主要是针对风力发电机组本身，包括其与风电场集电系统连接部件在机组侧的雷电防护。
2规范性引用文件
下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T2900—2008电工术语
GB11032—2010交流无间隙金属氧化物避雷器（IEC60099-4：2006，MOD）GB16895.22一2004建筑物电气装置第5-53部分：电气设备的选择和安装一隔离开关和控制设备第534节：过电压保护电器（IEC60364-5-53：2001，IDT）GB/T16927.1一2011高电压试验技术第1部分：一般试验要求（IEC60060-1：2006，MOD）GB18802.1一2011低压电涌保护器（SPD）第1部分：低压配电系统的电涌保护器性能要求和试验方法（IEC61643-1：2005，MOD）GB/T18802.21一2004低压电涌保护器第21部分：电信和信号网络的电涌保护器（SPD）一一性能要求和试验方法（IEC61643-21：2000，IDT）GB/T18802.22一2008低压电涌保护器第22部分：电信和信号网络的电涌保护器（SPD）选择和使用导则（IEC61643-22：2004，IDT）GB/T21714.12008雷电防护第1部分：总则（IEC62305-1：2005，IDT）雷电防护第2部分：风险管理（IEC62305-2：2005，IDT）GB/T21714.2-2008
GB/T21714.3—2008
GB/T21714.4—2008
雷电防护第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险(EC62305-3：2006IDT）雷电防护第4部分：建筑物内电气和电子系统（IEC62305-4：2006，IDT）GB/Z25427—2010风力发电机组雷电防护（IEC/TR61400-24：2002，MOD）GB50057-—2010
建筑物防雷设计规范
3风力发电机转子叶片的全尺寸比例结构试验（Full-scalestructuraltestingofrotorIEC/TS 61400-23
blades
IEC61400-24：2010风轮机第24部分雷电防护（Windturbines-Part24：Lightningprotection）IEC62305-3雷电防护第3部分：对建筑物的物理损伤和寿命危害（Protectionagainstlightning-Part3:PhysicaldamagetostructureandlifehazardEN50164-l：2008雷电防护部件第1部分：连接件要求（LightningProtectionComponents（LPC）Part1:Requirementsfor connection components)1
NB/T31039—2012
3术语和定义、符号
3.1术语和定义
GB/T2900—2008、GB18802.1—2011、GB/T24714.3—2008、GB/Z25427-—2010、GB50057—2010界定的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1. 1
雷电防护系统lightningprotectionsystem；LPS用于减少雷电闪击于建（构）筑物上或建（构）筑物附近造成的实体损害和人身伤亡的整个系统。注：雷电防护系统由接闪器、引下线和接地装置等部分构成，也包括由等电位连接和或电气绝缘组成的防雷击危害措施，是综合雷电防护系统的基本部分。3.1.2
雷电电磁脉冲lightningelectromagneticimpulse；LEMP雷电流经电阻、电感、电容耦合产生的电磁效应，包含闪电电涌和辐射电磁场。［GB50057—2010，定义2.0.25
LEMP防护措施系统LEMPprotectionmeasuressystem；LPMS用来防护LEMP对电子电气设备和生命体危害的系统性措施，它是综合雷电防护系统的组成部分。3.1.4
雷电防护水平lightningprotectionlevel；LPL用来设计雷电防护措施的一组带概率性的雷电流参数值，超过其中最大值或低于其中最小值的自然雷电流是一个低概率事件。它反映了防雷系统的防护效率。3.1.5
雷电防护区lightningprotectionzone：LPZ划分雷击电磁环境强度的区。防雷区的分界面不一定要有实物界面，如不一定要有墙壁、地板或天花板作为分界面。
注：LPZ建立后，其空间的LEMP强度应与该空间内的内部系统的冲击耐受水平相匹配。3.1.6
接闪器air-terminationsystem
雷电防护系统中用于控截雷击的组成部分注：由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属面、金属构件等组成。3.1.7
电涌保护器
surgeprotectivedevice；SPD
用于限制瞬态过电压和泄放电涌电流的电器，它至少包含一非线性的元件。[GB18802.12011，定义3.17
引下线down-conductorsystem
用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的导体。［GB50057—2010，定义2.0.9]
接地体earthelectrode
埋入土壤中或混凝土基础上作散流用的导体。［GB50057—2010，定义2.0.11
接地装置earth-terminationsystem接地体和接地线的总合，用于传导雷电流并将其流散入大地。3. 1. 11
基础接地极foundationearthelectrode指地基混凝土钢筋或预埋在建筑物混凝土中用作接地体的其他导体。[GB/T2714.3—2008，定义3.12]3.1.12
雷电流lightningcurrent
流经雷击点的电流。
［GB/Z25427—2010，定义3.22]］3.1.13
雷电等电位连接lightningequipotentialbondingNB/T31039—2012
为减少雷电流引起的电位差，直接用短直导体或通过SPD把分离的金属部件连接到LPS上的一种防雷措施。
雷击lightningstroke
对地雷闪中的单次放电
［GB/Z25427—2010，定义3.26]3.1.15
LPS的自然部件naturalcomponentofLPS虽不是为防雷专门安装的导体部件，但在某些情况下，可起到LPS的一个或多个部件的作用。例如自然接闪器，自然引下线和自然接地极等。3.1.16
用L测试的SPDSPDtestedwithI
经受得起10/350us典型波形的部分雷电流的电涌保护器，需要用I电流做相应的冲击试验。注：对电力线路，合适的测试电流1由GB18802.1一2011的I类试验测试程序定义。3.1.17
用I测试的SPDSPDtestedwith
经受得起8/20us典型波形的感应电涌电流的电涌保护器，需要用1.电流做相应的冲击试验。注：对电力线路，合适的测试电流1由GB18802.1一2011的I类试验测试程序定义。3.1.18
比能量（WR）specificenergy
在整个雷击期间雷电流的二次方对时间的积分；它表示在单位电阻上雷电流能量的消散。［GB/Z25427—2010，定义3.38】3.1.19
电涌surge
由LEMP引起的，以过电压和/或过电流形态出现的瞬时波。注1：由LEMP引起的电涌可来自于（局部的）雷电流、设施内环路的感应效应，以及下级SPD的残余威胁。注2：也可能是由其他原因如开关操作或熔断器熔断引起的。3.1.20
协调配合的SPD防护coordinatedSPDprotection组经过适当选择、配合和安装，用于减少因雷击造成电气和电子系统失效的SPD防护。3
NB/T31039—2012
雷暴日（T）thunderstormdays
一天中可听到一次以上的雷声则称一个雷暴日。可从等雷暴图获得的某地每年雷暴天数。3.1.22
电压保护水平（U）voltageprotectionlevel表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，其值可从优先值的列表中选择。该值大于限制电压的最大值。
［GB18802.1—2011，定义3.15]3.1.23
低压电气系统lowvoltageelectricalsystem在本标准中，低压电气系统包括风力发电机组中的用于发生和传输风电电力能量的主电力电气系统（风力发电机，变流器及相关器件）和提供电气和电子控制测量系统用的低压电源系统3.1.24
避雷器surgearrester
用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流幅值的一种电器。本术语包含运行安装时对于该电器正常功能所必需的任何外部间隙，而不论其是否作为整体的一个部件。注1：避雷器通常连接在电网导线与地线之间，然而有时也连接在电器绕组旁或导线之间。注2：避雷器有时也称为过电压保护器，过电压限制器，［GB/T2900—2008，定义2.1]
无间隙金属氧化锌避雷器metal-oxidesurgearresterwithoutgaps由非线性金属氧化物电阻片串联和（或）并联组成且无并联或串联放电间隙的避雷器。［GB11032—2010中的3.1]
3.2符号
下列符号适用于本标准。
m—冲击电流：
标称放电电流：
雷暴日；
电压保护水平：
雷害风险分量：
可允许雷害风险；
年均危险事件次数：
次雷击引起雷害的概率；
每一损害产生的损失率；
风力发电机组未增设防雷设施前平均年损失：风力发电机组增设防雷设施后残余平均年损失：风力发电机组防雷设施的年费用：间接经济损失：
防护措施的成本；
年平均雷击风力发电机组的次数：雷击大地密度：
孤立风力发电机组的截收面积：风力发电机组的位置因子；
雷击风力发电机组附近的年平均危险事件次数雷击风力发电机组附近的截收面积：雷直击于进入机组的线路的年平均危险事件次数：雷击进入机组线路的截收面积；雷击进入机组的线路附近的年平均危险事件次数：雷击进入机组线路附近大地的截收面积雷击风力发电机组导致人和动物伤害的概率：雷击风力发电机组导致物理损害的概率：雷击风力发电机组导致电气电子系统失效的概率：有SPD保护时系统失效的概率；
雷击风力发电机组附近导致信号系统失效的概率；雷击服务设施导致人和动物伤害的概率；雷击服务设施导致物理损害的概率：雷击进入机组线路导致电气电子系统失效的概率雷击入户进入机组线路附近导致电气电子系统失效的概率：雷击相连的进入机组线路导致电气电子系统失效的概率：电缆屏蔽层电阻；
损失系数：
触和跨步电压导致伤害的人员损失率；物理损害导致的实体损失率：
雷击电磁脉冲导致电气电子系统失效导致的损失率：可能受到危害的人员数量；
预期的总人数：
以小时计算的人员每年处于危险场所的时间：损失相对量的增加因子：
供电对象数。
4防雷的一般要求
4.1雷电防护水平与雷电防护的评估4.1.1雷电防护水平（LPL）
NB/T31039
风力发电机组雷电防护水平划分应按GB/T21714.1一2008的规定，每种LPL所规定的雷电流参数的最大值和最小值应符合表1和表2。表1每种LPL对应的雷电流参数最大值首次短时雷击
电流参数
峰值电流
短时间雷击电荷
单位能量
时间参数
后续短时间雷击
电流参数
峰值电流
10/350
NB/T31039—2012
后续短时间雷击
平均陡度
时间参数
电流参数
长时间雷击电荷
时间参数
电流参数
雷闪电荷
长时间雷击
首次短时雷击
电流参数
最小峰值电流
4.1.2雷害风险评估
表1（续）
表2每种LPL雷电参数最小值
当因原始资料缺乏等条件不足或有相关标准规定不必进行雷害风险评估的情况，风力发电机组的防雷应按雷电防护水平LPLI设计。当有条件进行雷害风险评估或无相关标准规定雷电防护水平，则可以经过评估对整个风力发电机组采取低于LPLI的防护级别，但对大型或重要机组仍不应低于LPLII。风力发电机组雷害风险评估可参照附录A的方法进行。风力发电机组雷害风险评估可按风险值做结论，也可基于风险评估但从防雷成本效益的估算做结论。允许风险值可由主管部门或业主提出，也可参照附录A取值。防雷成本的数据应由行业协会或制造和运行部门提供。
4.2雷电防护区（LPZ）
4.2.1LPZ的划分
LPZO：受直接雷击和全部雷电电磁场威胁的区域。该区域的内部系统可能受到全部或部分雷电电涌电流的影响。这个区域实际上就是直击雷防护系统没有保护到的区域，也是电磁环境参数最高的区域。LPZO：直接雷击的防护区域，但该区域仍受到全部雷电电磁场的威胁，内部系统可能受到部分雷电电涌电流的影响。这个区域实际上就是直击雷已经得到防护，但没有受到电磁屏蔽或SPD保护的区域。LPZ1：该区域受到直接雷击的防护，空间屏蔽可以衰减雷电电磁场。由于分流和边界处SPD的作用使电涌电流受到限制。
LPZ2n：该区域的附加空间屏蔽可以进一步衰减雷电电磁场。由于分流和边界处附加SPD的作用使电涌电流受到进一步限制的区域。作为防雷的一般规律，被保护的对象应置于电磁特性与该对象耐受能力相兼容的LPZ内，使损害（物理损害和过电压使电气和电子系统失效）减小。注1：一般地，防雷区域的系数越大，电磁环境参数越低。注2：电气、电子系统和设备耐压水平的资料应由制造商提供。4.2.2实施LPZ的措施
LPZO.由接闪器实现。风力发电机组的LPZ1和更高的LPZ由安装LPMS来实现，如：a）接地和等电位连接。
b）屏蔽和布线。
c）协调配合的SPD防护。
4.2.3风力发电机组空间的LPZ的划分风力发电机组形成的防护区宜符合图1的规定。LPZOA
电微屏藏
屏酸电缆
操作间
既藏管道
外引编缆
图1风力发电机组雷电防护区（LPZ）的示意a）LPZO，包括如下部位：
NB/T31039—2012
1）叶片、轮毂罩、机舱罩、塔架的外表面以及外部附加装置未受到雷击保护的部分。2）不在塔架保护范围又没有防雷击措施的操作间和线路b）LPZO.包括如下部位：
1）叶片、轮毂罩、机舱罩、塔架的外表面和外部附加装置受到雷击保护的部分。2）无金属屏蔽罩的轮毂罩、无金属屏蔽罩的机舱罩或金属网格不密集的非金属机舱罩内部的空间。
3）非金属塔架或没有按照标准配备钢筋连接件的混凝土塔架内部。4）处于塔架雷击保护范围的操作间和线路。c）LPZ1包括如下部位：
1）采取了有效的雷电流导引和屏蔽措施的叶片的内部，以及轮毂内部（传感器、调节器等）。具有相应的雷电流导引措施的全金属覆盖或金属网格密集的非金属机舱罩的内部空间。2）
在无金属覆盖或金属网保护却具有金属包层并以适当方式连到一个等电位连接系统（例如3）
作为等电位基准的机器底座）的设备的内部。4）
屏蔽电缆或处于金属管中的电缆，其屏蔽层或金属管两端口做等电位接。5）
金属塔架或钢筋混凝土塔架的内部（混凝土塔架的钢筋按照适用的标准设计并连接到基础接地极)。
6）用钢板覆盖或具有屏蔽措施（所有各侧具有与基础接地极或环形接地体相连的钢筋，金属门和带金属丝网的窗）的操作间的内部。d）LPZ2是在防雷区LPZ1区域内采取进一步附加屏蔽措施和SPD（如设备机壳或线路屏蔽）而实现的。
NB/T31039—2012
e）LPZn+1是在防雷区LPZn区域内采取进一步附加屏蔽措施和SPD而实现的，5风力发电机组组件的雷电防护
5.1叶片
5.1.1叶片防雷的要求
5.1.1.1:一般要求
叶片应通过装设接收器（属小型接闪器）、引下线及其连接元件组成雷电防护系统，它可为叶片结构本身的一部分、叶片的组件或集成在其内部。它应能在规定的LPL下承受相应的雷电流冲击后，确保叶片无结构性损坏，不妨碍叶片继续运行直至下一次维修：应能耐受因风、潮湿、颗粒物等引起的预期磨损以及振动，但不影响叶片的动力特性。应对包括雷击防护系统的叶片耐受机械应力的能力进行考核：并宜在进行IEC/TS61400-23的试验以前就安装在叶片上。叶片引下线中可安装雷电流记录装置。5.1.1.2叶片中的接收器
a）叶片接收器应位于叶片表面上，使其能截接绝大部分的雷击先导。叶片接收器应能进行维修和更换。
叶片接收器的保护范围不能用GB/T21714.3一2008中的保护角法和滚球法来计算确定。叶片接收器系统的设计应根据5.1.2规定的试验来确定。其截接雷击先导的性能应由5.1.2规定的高压接闪试验来确定
当叶片中接收器的数量达到或超过下列规定值，可不进行附录B中高压接闪试验中的初始先导接闪试验：
1）叶片长度L<20m：叶尖端接收器1个。2）叶片长度20m≤L<30m：叶尖端接收器1个，压力面接收器1个，吸力面接收器1个（与叶尖端有一定距离处)。
3）叶片长度30m≤L<45m：叶尖端接收器1个，压力面接收器2个，吸力面接收器2个（分布在转动的叶片上）。
4）叶片长度L≥45m：叶尖端接收器1个，压力面接收器3个，吸力面接收器3个（分布在转动的叶片上）。
5.1.1.3叶片中的引下线
a）引下线应长期可靠连接，并能承受雷电流产生的电、热及电动力效应的联合冲击。引下线宜在进行IEC/TS61400-23的试验以前就安装在叶片上，应与叶片一起进行耐受机械应力的能力考核。
引下线在雷电流导引期间不应超过叶片的温度允许值。b)
5.1.1.4叶片接收器的形状和截面积要求叶片接收器和引下线的材料、形状及最小横截面应符合表3的规定。表3叶片接闪器、接收器、引下线的材料，形状及最小截面积材料
实心带状
实心圆状
实心圆状“
最小截面积
最小厚度为2mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
直径为16mm
镀锡铜
铝合金
热镀锌钢
不锈钢
实心带状
实心圆状”Www.bzxZ.net
实心带状
实心圆状
实心带状
实心圆状
实心圆状
实心带状。
实心圆状
实心圆状。4.
实心带状
实心圆状
实心圆状a
表3（续）
最小截面积
注1：热镀或电镀层厚度最小为1um。注2：镀层应光滑、连续，防锈层厚度至少为50μm。铬含量不少于16%，镍含量不少于5%，碳含量不大于0.07%NB/T31039
最小厚度为2mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
最小厚度为3mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
最小厚度为2.5mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
直径为16mm
最小厚度为2.5mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
直径为16mm
最小厚度为2.5mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
直径为16mm
对实心带状和实心圆状，在需重点考虑热应力和机械力的地方，截面积应分别增加到60mm和78mm。在对机械强度不做要求的地方，截面积可由50mm2（直径8mm）减少到28mm（直径6mm），在这种情况下，应考虑减小加固点的间隔。
仅适用于杆状接闪器。实际应用中，机械应力（例如：风力）不很严重的地方，采用一根带有固定装置、直径为10mm，最长为1m的杆状接闪器即可。仅适用于接地引入棒。
对预埋在混凝土内的不锈钢，和/或与易燃材料直接接触的不锈钢，如果为实心圆状，应将最小截面积增大到78mm（直径10mm），实心带状则增大到75mm（最小厚度3mm）。当能量达100MJ/Q时，为避免熔化，最小截面积分别为：铜16mm，铝25mm，钢50mm，不锈钢50mm。表中的厚度、宽度和直径允许偏差为土10%。5.1.2检验和测试
叶片接收器和引下线截收并传导雷电流能力可通过以下方法之一进行验证：原创性的叶片的雷击防护系统应参照本标准附录B给出的高压接闪试验和大电流试验进行a
性能检验。试验应按规定的试验设备、试品、试验布置和试验程序进行试验。叶片应在预期接闪位置接闪，叶片表面无破坏、无沿面闪络，未发生击破叶片表面损及内部情况，叶片层叠结构未破坏。试验合格判据的细节可由厂商和试验单位协商确定。经对比能够证明其与已验证合格的叶片类型（设计）相似的叶片的雷击防护系统无须专门的型b）
式检验。
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风力发电机组雷电防护系统技术规范Technical specificationfor lightningprotection system ofwindturbine2012-10-29发布
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2013-03-01实施
1范围
2规范性引用文件：
3术语和定义、符号
防雷的一般要求
风力发电机组组件的雷电防护
6接地装置：
7人身防雷
附录A（资料性附录）
附录B（资料性附录）
附录C（资料性附录）
风力发电机组雷害风险评估方法叶片和其他风力发电机组部件试验方法·风力发电机组的电涌保护器选择与安装·风力发电机组雷电防护区（LPZ）的示意：图2减少轴承雷电流措施的示意
图3风力发电机组接地装置的连接表1每种LPL对应的雷电流参数最大值·表2每种LPL雷电参数最小值·
表3叶片接闪器、接收器、引下线的材料，形状及最小截面积·表4金属框架条的形状及最小横截面厚度NB/T31039—2012
NB/T31039—2012
本标准在编制过程中，主要参考了IEC61400-24：2010《风力发电机组第24部分雷电防护》。本标准侧重对风力发电机组雷电防护系统检查，因此着重于规定其雷电防护系统的最终要求。为提高本标准的可操作性和可检查性，鉴于风力发电机组雷电防护的特点，本标准强调主要从工程图纸与文件要求、试验以及责任分担这三个方面加以规定，以求最大限度地保证风电机组防雷措施的有效。本标准按GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构与编写》给出的规则起草。本标准由中国电器工业协会提出。本标准由能源行业风电标准化技术委员会（NEA/TC1）归口。本标准负责起草单位：上海电器科学研究院、上海电科电器科技有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所。
本标准参加起草单位：浙江运达风电股份有限公司、东方汽轮机有限公司、苏州电器科学研究所股份有限公司、德和盛电气（上海）有限公司、欧宝电气（深圳）有限公司、上海电气集团有限公司输配电分公司、湘潭电机股份有限公司、兰州兰电电机有限公司、永济新时速电机电器有限责任公司。本标准主要起草人：尹天文、王碧云、方晓燕、叶董誉。本标准参加起草人：许国东、杨娅曦、胡德霖、鲍建军、王爱华、缪勇、龙辛、曹立新、贺志学、梁利娟、唐晓峰、果岩。
本标准为首次发布。
1范围
风力发电机组雷电防护系统技术规范本标准规定了风力发电机组应有的雷电防护措施以及检测的相关要求。NB/T31039—2012
本标准适用于陆上使用、额定功率在600kW及以上的水平轴风力发电机组的雷电防护系统。其他的风力发电机组可参照本标准。本标准主要是针对风力发电机组本身，包括其与风电场集电系统连接部件在机组侧的雷电防护。
2规范性引用文件
下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T2900—2008电工术语
GB11032—2010交流无间隙金属氧化物避雷器（IEC60099-4：2006，MOD）GB16895.22一2004建筑物电气装置第5-53部分：电气设备的选择和安装一隔离开关和控制设备第534节：过电压保护电器（IEC60364-5-53：2001，IDT）GB/T16927.1一2011高电压试验技术第1部分：一般试验要求（IEC60060-1：2006，MOD）GB18802.1一2011低压电涌保护器（SPD）第1部分：低压配电系统的电涌保护器性能要求和试验方法（IEC61643-1：2005，MOD）GB/T18802.21一2004低压电涌保护器第21部分：电信和信号网络的电涌保护器（SPD）一一性能要求和试验方法（IEC61643-21：2000，IDT）GB/T18802.22一2008低压电涌保护器第22部分：电信和信号网络的电涌保护器（SPD）选择和使用导则（IEC61643-22：2004，IDT）GB/T21714.12008雷电防护第1部分：总则（IEC62305-1：2005，IDT）雷电防护第2部分：风险管理（IEC62305-2：2005，IDT）GB/T21714.2-2008
GB/T21714.3—2008
GB/T21714.4—2008
雷电防护第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险(EC62305-3：2006IDT）雷电防护第4部分：建筑物内电气和电子系统（IEC62305-4：2006，IDT）GB/Z25427—2010风力发电机组雷电防护（IEC/TR61400-24：2002，MOD）GB50057-—2010
建筑物防雷设计规范
3风力发电机转子叶片的全尺寸比例结构试验（Full-scalestructuraltestingofrotorIEC/TS 61400-23
blades
IEC61400-24：2010风轮机第24部分雷电防护（Windturbines-Part24：Lightningprotection）IEC62305-3雷电防护第3部分：对建筑物的物理损伤和寿命危害（Protectionagainstlightning-Part3:PhysicaldamagetostructureandlifehazardEN50164-l：2008雷电防护部件第1部分：连接件要求（LightningProtectionComponents（LPC）Part1:Requirementsfor connection components)1
NB/T31039—2012
3术语和定义、符号
3.1术语和定义
GB/T2900—2008、GB18802.1—2011、GB/T24714.3—2008、GB/Z25427-—2010、GB50057—2010界定的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1. 1
雷电防护系统lightningprotectionsystem；LPS用于减少雷电闪击于建（构）筑物上或建（构）筑物附近造成的实体损害和人身伤亡的整个系统。注：雷电防护系统由接闪器、引下线和接地装置等部分构成，也包括由等电位连接和或电气绝缘组成的防雷击危害措施，是综合雷电防护系统的基本部分。3.1.2
雷电电磁脉冲lightningelectromagneticimpulse；LEMP雷电流经电阻、电感、电容耦合产生的电磁效应，包含闪电电涌和辐射电磁场。［GB50057—2010，定义2.0.25
LEMP防护措施系统LEMPprotectionmeasuressystem；LPMS用来防护LEMP对电子电气设备和生命体危害的系统性措施，它是综合雷电防护系统的组成部分。3.1.4
雷电防护水平lightningprotectionlevel；LPL用来设计雷电防护措施的一组带概率性的雷电流参数值，超过其中最大值或低于其中最小值的自然雷电流是一个低概率事件。它反映了防雷系统的防护效率。3.1.5
雷电防护区lightningprotectionzone：LPZ划分雷击电磁环境强度的区。防雷区的分界面不一定要有实物界面，如不一定要有墙壁、地板或天花板作为分界面。
注：LPZ建立后，其空间的LEMP强度应与该空间内的内部系统的冲击耐受水平相匹配。3.1.6
接闪器air-terminationsystem
雷电防护系统中用于控截雷击的组成部分注：由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪线、接闪网以及金属面、金属构件等组成。3.1.7
电涌保护器
surgeprotectivedevice；SPD
用于限制瞬态过电压和泄放电涌电流的电器，它至少包含一非线性的元件。[GB18802.12011，定义3.17
引下线down-conductorsystem
用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的导体。［GB50057—2010，定义2.0.9]
接地体earthelectrode
埋入土壤中或混凝土基础上作散流用的导体。［GB50057—2010，定义2.0.11
接地装置earth-terminationsystem接地体和接地线的总合，用于传导雷电流并将其流散入大地。3. 1. 11
基础接地极foundationearthelectrode指地基混凝土钢筋或预埋在建筑物混凝土中用作接地体的其他导体。[GB/T2714.3—2008，定义3.12]3.1.12
雷电流lightningcurrent
流经雷击点的电流。
［GB/Z25427—2010，定义3.22]］3.1.13
雷电等电位连接lightningequipotentialbondingNB/T31039—2012
为减少雷电流引起的电位差，直接用短直导体或通过SPD把分离的金属部件连接到LPS上的一种防雷措施。
雷击lightningstroke
对地雷闪中的单次放电
［GB/Z25427—2010，定义3.26]3.1.15
LPS的自然部件naturalcomponentofLPS虽不是为防雷专门安装的导体部件，但在某些情况下，可起到LPS的一个或多个部件的作用。例如自然接闪器，自然引下线和自然接地极等。3.1.16
用L测试的SPDSPDtestedwithI
经受得起10/350us典型波形的部分雷电流的电涌保护器，需要用I电流做相应的冲击试验。注：对电力线路，合适的测试电流1由GB18802.1一2011的I类试验测试程序定义。3.1.17
用I测试的SPDSPDtestedwith
经受得起8/20us典型波形的感应电涌电流的电涌保护器，需要用1.电流做相应的冲击试验。注：对电力线路，合适的测试电流1由GB18802.1一2011的I类试验测试程序定义。3.1.18
比能量（WR）specificenergy
在整个雷击期间雷电流的二次方对时间的积分；它表示在单位电阻上雷电流能量的消散。［GB/Z25427—2010，定义3.38】3.1.19
电涌surge
由LEMP引起的，以过电压和/或过电流形态出现的瞬时波。注1：由LEMP引起的电涌可来自于（局部的）雷电流、设施内环路的感应效应，以及下级SPD的残余威胁。注2：也可能是由其他原因如开关操作或熔断器熔断引起的。3.1.20
协调配合的SPD防护coordinatedSPDprotection组经过适当选择、配合和安装，用于减少因雷击造成电气和电子系统失效的SPD防护。3
NB/T31039—2012
雷暴日（T）thunderstormdays
一天中可听到一次以上的雷声则称一个雷暴日。可从等雷暴图获得的某地每年雷暴天数。3.1.22
电压保护水平（U）voltageprotectionlevel表征SPD限制接线端子间电压的性能参数，其值可从优先值的列表中选择。该值大于限制电压的最大值。
［GB18802.1—2011，定义3.15]3.1.23
低压电气系统lowvoltageelectricalsystem在本标准中，低压电气系统包括风力发电机组中的用于发生和传输风电电力能量的主电力电气系统（风力发电机，变流器及相关器件）和提供电气和电子控制测量系统用的低压电源系统3.1.24
避雷器surgearrester
用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害并限制续流时间也常限制续流幅值的一种电器。本术语包含运行安装时对于该电器正常功能所必需的任何外部间隙，而不论其是否作为整体的一个部件。注1：避雷器通常连接在电网导线与地线之间，然而有时也连接在电器绕组旁或导线之间。注2：避雷器有时也称为过电压保护器，过电压限制器，［GB/T2900—2008，定义2.1]
无间隙金属氧化锌避雷器metal-oxidesurgearresterwithoutgaps由非线性金属氧化物电阻片串联和（或）并联组成且无并联或串联放电间隙的避雷器。［GB11032—2010中的3.1]
3.2符号
下列符号适用于本标准。
m—冲击电流：
标称放电电流：
雷暴日；
电压保护水平：
雷害风险分量：
可允许雷害风险；
年均危险事件次数：
次雷击引起雷害的概率；
每一损害产生的损失率；
风力发电机组未增设防雷设施前平均年损失：风力发电机组增设防雷设施后残余平均年损失：风力发电机组防雷设施的年费用：间接经济损失：
防护措施的成本；
年平均雷击风力发电机组的次数：雷击大地密度：
孤立风力发电机组的截收面积：风力发电机组的位置因子；
雷击风力发电机组附近的年平均危险事件次数雷击风力发电机组附近的截收面积：雷直击于进入机组的线路的年平均危险事件次数：雷击进入机组线路的截收面积；雷击进入机组的线路附近的年平均危险事件次数：雷击进入机组线路附近大地的截收面积雷击风力发电机组导致人和动物伤害的概率：雷击风力发电机组导致物理损害的概率：雷击风力发电机组导致电气电子系统失效的概率：有SPD保护时系统失效的概率；
雷击风力发电机组附近导致信号系统失效的概率；雷击服务设施导致人和动物伤害的概率；雷击服务设施导致物理损害的概率：雷击进入机组线路导致电气电子系统失效的概率雷击入户进入机组线路附近导致电气电子系统失效的概率：雷击相连的进入机组线路导致电气电子系统失效的概率：电缆屏蔽层电阻；
损失系数：
触和跨步电压导致伤害的人员损失率；物理损害导致的实体损失率：
雷击电磁脉冲导致电气电子系统失效导致的损失率：可能受到危害的人员数量；
预期的总人数：
以小时计算的人员每年处于危险场所的时间：损失相对量的增加因子：
供电对象数。
4防雷的一般要求
4.1雷电防护水平与雷电防护的评估4.1.1雷电防护水平（LPL）
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风力发电机组雷电防护水平划分应按GB/T21714.1一2008的规定，每种LPL所规定的雷电流参数的最大值和最小值应符合表1和表2。表1每种LPL对应的雷电流参数最大值首次短时雷击
电流参数
峰值电流
短时间雷击电荷
单位能量
时间参数
后续短时间雷击
电流参数
峰值电流
10/350
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后续短时间雷击
平均陡度
时间参数
电流参数
长时间雷击电荷
时间参数
电流参数
雷闪电荷
长时间雷击
首次短时雷击
电流参数
最小峰值电流
4.1.2雷害风险评估
表1（续）
表2每种LPL雷电参数最小值
当因原始资料缺乏等条件不足或有相关标准规定不必进行雷害风险评估的情况，风力发电机组的防雷应按雷电防护水平LPLI设计。当有条件进行雷害风险评估或无相关标准规定雷电防护水平，则可以经过评估对整个风力发电机组采取低于LPLI的防护级别，但对大型或重要机组仍不应低于LPLII。风力发电机组雷害风险评估可参照附录A的方法进行。风力发电机组雷害风险评估可按风险值做结论，也可基于风险评估但从防雷成本效益的估算做结论。允许风险值可由主管部门或业主提出，也可参照附录A取值。防雷成本的数据应由行业协会或制造和运行部门提供。
4.2雷电防护区（LPZ）
4.2.1LPZ的划分
LPZO：受直接雷击和全部雷电电磁场威胁的区域。该区域的内部系统可能受到全部或部分雷电电涌电流的影响。这个区域实际上就是直击雷防护系统没有保护到的区域，也是电磁环境参数最高的区域。LPZO：直接雷击的防护区域，但该区域仍受到全部雷电电磁场的威胁，内部系统可能受到部分雷电电涌电流的影响。这个区域实际上就是直击雷已经得到防护，但没有受到电磁屏蔽或SPD保护的区域。LPZ1：该区域受到直接雷击的防护，空间屏蔽可以衰减雷电电磁场。由于分流和边界处SPD的作用使电涌电流受到限制。
LPZ2n：该区域的附加空间屏蔽可以进一步衰减雷电电磁场。由于分流和边界处附加SPD的作用使电涌电流受到进一步限制的区域。作为防雷的一般规律，被保护的对象应置于电磁特性与该对象耐受能力相兼容的LPZ内，使损害（物理损害和过电压使电气和电子系统失效）减小。注1：一般地，防雷区域的系数越大，电磁环境参数越低。注2：电气、电子系统和设备耐压水平的资料应由制造商提供。4.2.2实施LPZ的措施
LPZO.由接闪器实现。风力发电机组的LPZ1和更高的LPZ由安装LPMS来实现，如：a）接地和等电位连接。
b）屏蔽和布线。
c）协调配合的SPD防护。
4.2.3风力发电机组空间的LPZ的划分风力发电机组形成的防护区宜符合图1的规定。LPZOA
电微屏藏
屏酸电缆
操作间
既藏管道
外引编缆
图1风力发电机组雷电防护区（LPZ）的示意a）LPZO，包括如下部位：
NB/T31039—2012
1）叶片、轮毂罩、机舱罩、塔架的外表面以及外部附加装置未受到雷击保护的部分。2）不在塔架保护范围又没有防雷击措施的操作间和线路b）LPZO.包括如下部位：
1）叶片、轮毂罩、机舱罩、塔架的外表面和外部附加装置受到雷击保护的部分。2）无金属屏蔽罩的轮毂罩、无金属屏蔽罩的机舱罩或金属网格不密集的非金属机舱罩内部的空间。
3）非金属塔架或没有按照标准配备钢筋连接件的混凝土塔架内部。4）处于塔架雷击保护范围的操作间和线路。c）LPZ1包括如下部位：
1）采取了有效的雷电流导引和屏蔽措施的叶片的内部，以及轮毂内部（传感器、调节器等）。具有相应的雷电流导引措施的全金属覆盖或金属网格密集的非金属机舱罩的内部空间。2）
在无金属覆盖或金属网保护却具有金属包层并以适当方式连到一个等电位连接系统（例如3）
作为等电位基准的机器底座）的设备的内部。4）
屏蔽电缆或处于金属管中的电缆，其屏蔽层或金属管两端口做等电位接。5）
金属塔架或钢筋混凝土塔架的内部（混凝土塔架的钢筋按照适用的标准设计并连接到基础接地极)。
6）用钢板覆盖或具有屏蔽措施（所有各侧具有与基础接地极或环形接地体相连的钢筋，金属门和带金属丝网的窗）的操作间的内部。d）LPZ2是在防雷区LPZ1区域内采取进一步附加屏蔽措施和SPD（如设备机壳或线路屏蔽）而实现的。
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e）LPZn+1是在防雷区LPZn区域内采取进一步附加屏蔽措施和SPD而实现的，5风力发电机组组件的雷电防护
5.1叶片
5.1.1叶片防雷的要求
5.1.1.1:一般要求
叶片应通过装设接收器（属小型接闪器）、引下线及其连接元件组成雷电防护系统，它可为叶片结构本身的一部分、叶片的组件或集成在其内部。它应能在规定的LPL下承受相应的雷电流冲击后，确保叶片无结构性损坏，不妨碍叶片继续运行直至下一次维修：应能耐受因风、潮湿、颗粒物等引起的预期磨损以及振动，但不影响叶片的动力特性。应对包括雷击防护系统的叶片耐受机械应力的能力进行考核：并宜在进行IEC/TS61400-23的试验以前就安装在叶片上。叶片引下线中可安装雷电流记录装置。5.1.1.2叶片中的接收器
a）叶片接收器应位于叶片表面上，使其能截接绝大部分的雷击先导。叶片接收器应能进行维修和更换。
叶片接收器的保护范围不能用GB/T21714.3一2008中的保护角法和滚球法来计算确定。叶片接收器系统的设计应根据5.1.2规定的试验来确定。其截接雷击先导的性能应由5.1.2规定的高压接闪试验来确定
当叶片中接收器的数量达到或超过下列规定值，可不进行附录B中高压接闪试验中的初始先导接闪试验：
1）叶片长度L<20m：叶尖端接收器1个。2）叶片长度20m≤L<30m：叶尖端接收器1个，压力面接收器1个，吸力面接收器1个（与叶尖端有一定距离处)。
3）叶片长度30m≤L<45m：叶尖端接收器1个，压力面接收器2个，吸力面接收器2个（分布在转动的叶片上）。
4）叶片长度L≥45m：叶尖端接收器1个，压力面接收器3个，吸力面接收器3个（分布在转动的叶片上）。
5.1.1.3叶片中的引下线
a）引下线应长期可靠连接，并能承受雷电流产生的电、热及电动力效应的联合冲击。引下线宜在进行IEC/TS61400-23的试验以前就安装在叶片上，应与叶片一起进行耐受机械应力的能力考核。
引下线在雷电流导引期间不应超过叶片的温度允许值。b)
5.1.1.4叶片接收器的形状和截面积要求叶片接收器和引下线的材料、形状及最小横截面应符合表3的规定。表3叶片接闪器、接收器、引下线的材料，形状及最小截面积材料
实心带状
实心圆状
实心圆状“
最小截面积
最小厚度为2mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
直径为16mm
镀锡铜
铝合金
热镀锌钢
不锈钢
实心带状
实心圆状”Www.bzxZ.net
实心带状
实心圆状
实心带状
实心圆状
实心圆状
实心带状。
实心圆状
实心圆状。4.
实心带状
实心圆状
实心圆状a
表3（续）
最小截面积
注1：热镀或电镀层厚度最小为1um。注2：镀层应光滑、连续，防锈层厚度至少为50μm。铬含量不少于16%，镍含量不少于5%，碳含量不大于0.07%NB/T31039
最小厚度为2mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
最小厚度为3mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
最小厚度为2.5mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
直径为16mm
最小厚度为2.5mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
直径为16mm
最小厚度为2.5mm
直径为8mm
绞线每股的最小直径为1.7mm
直径为16mm
对实心带状和实心圆状，在需重点考虑热应力和机械力的地方，截面积应分别增加到60mm和78mm。在对机械强度不做要求的地方，截面积可由50mm2（直径8mm）减少到28mm（直径6mm），在这种情况下，应考虑减小加固点的间隔。
仅适用于杆状接闪器。实际应用中，机械应力（例如：风力）不很严重的地方，采用一根带有固定装置、直径为10mm，最长为1m的杆状接闪器即可。仅适用于接地引入棒。
对预埋在混凝土内的不锈钢，和/或与易燃材料直接接触的不锈钢，如果为实心圆状，应将最小截面积增大到78mm（直径10mm），实心带状则增大到75mm（最小厚度3mm）。当能量达100MJ/Q时，为避免熔化，最小截面积分别为：铜16mm，铝25mm，钢50mm，不锈钢50mm。表中的厚度、宽度和直径允许偏差为土10%。5.1.2检验和测试
叶片接收器和引下线截收并传导雷电流能力可通过以下方法之一进行验证：原创性的叶片的雷击防护系统应参照本标准附录B给出的高压接闪试验和大电流试验进行a
性能检验。试验应按规定的试验设备、试品、试验布置和试验程序进行试验。叶片应在预期接闪位置接闪，叶片表面无破坏、无沿面闪络，未发生击破叶片表面损及内部情况，叶片层叠结构未破坏。试验合格判据的细节可由厂商和试验单位协商确定。经对比能够证明其与已验证合格的叶片类型（设计）相似的叶片的雷击防护系统无须专门的型b）
式检验。
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