摘要：本文簡要介紹了新能源發電系統的雷電防護需求，分析了其中存在的問題，如技術標準有待完善、防雷設計存在結構性缺陷、智能化監測手段落后、系統集成與協同防護不足。圍繞強制規范與激勵約束、模塊化防雷與定制化降阻、智能電涌保護器與數字孿生監測技術、全鏈路電磁兼容設計等維度，探討相應的對策。
關鍵詞：新能源；發電系統；雷電防護；防雷設計；智能化監測
新能源發電系統不管是遭遇直接雷擊，還是遭到感應雷擊，都會受到損傷，輕則影響發電效率和增加運維成本，重則導致設備損壞、區域性停電乃至重大安全事故。隨著新能源發電項目的數量持續增加以及規模不斷提高，新能源發電系統的雷電防護自然受到了廣泛關注。
一、新能源發電系統的雷電防護需求
新能源發電系統多布設于開闊、高海拔、偏遠山區等雷擊高風險區域，同時該系統的自動化、智能化程度高且對系統安全性與電氣連續性要求極高，故而其有著較高的雷電防護需求。直接雷擊直接擊中新能源發電系統中的光伏板、風機葉片、桿塔等設備的話，可能會直接導致設備變形、擊穿和燒毀，嚴重時還可能引發火災。而且風電塔筒、光伏支架等金屬結構存在接地不良問題的話，可能導致設備部件被雷擊時所產生的高溫弧光融化。感應雷擊則會通過線路或空間耦合，在新能源發電系統的控制系統、傳感器、通信設備等之中產生過電壓，進而造成電路板燒毀、數據丟失、誤動作等問題，嚴重影響發電系統正常運行。尤其是光伏發電系統的直流高壓線路，更易被感應過電壓影響，進而導致逆變器損壞。雷擊還可能導致新能源發電系統突然斷電或電壓波動，影響電網穩定性，嚴重時還可能造成區域性停電。輕微雷擊還可能造成光伏板隱裂、光伏板透光率下降、風機軸承磨損加劇等不會直接造成破壞的損傷，但是長期積累后會造成長期性能衰減，發電效率降低，相應的運維成本增多。
二、當前新能源發電系統中的雷電防護不足
（一）技術標準有待完善
新能源發電系統類型多樣，常見的有風電系統、光伏系統等。目前新能源發電系統的雷電防護標準并不完善，存在一些不可忽視的問題。譬如風電機組防雷標準受限于高海拔、強風等惡劣環境有著較大的實施難度；光伏發電系統中儲能系統的直流電涌保護器選型欠缺專門標準而導致實踐中存在適配性差、選型混亂等問題。
（二）防雷設計存在結構性缺陷
目前新能源發電系統的防雷結構存在一些結構性缺陷，導致雷電防護效果較差。不少風電系統中的傳統直驅風機依賴軸承作為雷電流泄放通道，自然較易出現軸承因為雷擊而灼燒、損壞的情況，會對發電系統的正常運行造成不小影響，相應的停機維修成本有所增加。部分光伏發電系統的電站沒有因地制宜地進行雷電風險評估，防雷方案的設計與實施中存在接地系統設計粗糙、接地線截面偏小、接地線焊接質量差等問題，導致防雷效果較差，對系統設備以及人員安全有不小威脅。
（三）智能化監測手段落后
隨著現代智能技術的不斷發展，新能源發電系統也逐步朝著智能化方向發展。然而當前新能源發電系統的智能化監測手段較為落后，難以實現對雷電危害的動態、精準監測，不利于系統雷電防護的落實與優化。不少風電系統依舊采用人工讀取雷電峰值記錄卡的方式獲取雷電信息，不能對雷擊點進行實時定位，也不能記錄多次雷擊數據，自然不利于基于雷擊數據的系統預測性維護。不少光伏發電系統中的傳統電涌保護器缺乏狀態監測和壽命預測功能，而且其失效后不能遠程報警，容易出現電涌保護器失效后引發的非計劃停機問題。
（四）系統集成與協同防護不足
當前新能源發電系統系統集成與協同防護有所不足，一方面體現為控制系統薄弱，即風電系統雷電防護主要集中于槳葉或外部結構，逆變器、電池管理系統等關鍵部位的電磁脈沖防護較為薄弱；另一方面體現為多級電涌保護器配合混亂，不同等級電涌保護器之間能量配合不明確，塔筒內信號線和電源線的屏蔽接地方法不統一，嚴重影響雷電防護實效。
三、新能源發電系統中的雷電防護策略
（一）持續進行強制規范與激勵約束
為了提升新能源發電系統的雷電防護水平，需從標準與政策維度持續進行強制規范與激勵約束，逐步統一和規范防護標準。以國家出臺的相關標準與政策為基準，包括《光伏發電站防雷技術要求》（GB/T 32512-2016）、《風力發電機組—防雷裝置檢測技術規范》（GB/T 36490-2018）、《風能發電系統 雷電防護》（GB/T 33629-2024）等。電網公司和設計院則要在國家標準與政策指導下，合理制定完善防雷設計前置審批機制，將防雷方案納入新能源項目并網驗收的“一票否決項”，而且未通過雷電評估報告的項目不予并網。國家財政部與開發商則要推進成本分攤機制的建設，對采用智能防雷系統的項目給予綠證額外補貼以推動技術升級。
（二）積極推進模塊化防雷與定制化降阻
針對新能源發電系統的防雷設計缺陷，可通過推進模塊化防雷與定制化降阻的策略加以改善。風電系統中，可采取軸承隔離與冗余泄放通道相結合的策略進行防雷設計，尤其要確保主軸軸承加裝碳刷并和金屬氧化物避雷器并聯，確保雷電流能優先通過金屬氧化物壓敏電阻泄放，從而避免軸承電弧因為雷擊而灼傷。光伏發電系統中，可設計三級電涌保護器與熔斷器相結合的直流側防護策略，配置組件、匯流箱和逆變器三級電涌保護器，并且每級均配置熔斷器與直流斷路器，可有效防止電涌保護器短路而引發火災。高土壤電阻率區域，還可采取柔性接地網與電解離子接地極的策略，將銅覆鋼絞線放射形接地網，配合長效電解離子接地棒，可將接地電阻降到5Ω以下。
（三）大力發展智能電涌保護器與數字孿生監測技術
大力發展智能化監測技術，能為新能源發電系統的雷電防護提供實時、精準的防雷數據。在新能源發電系統中配置智能電涌保護器模塊，模塊內置LoRa/NB-IoT芯片，可對漏電流、溫度與動作次數進行監測，而且壽命到期自動報警，以免引發非計劃性停機。在風機或光伏陣列中安裝磁場傳感器陣列，結合GPS時間同步，可有效定位雷擊點并可視化呈現。開發數字孿生平臺，基于雷電密度數據構建三維防雷模型，從而預測雷擊風險和模擬防護效果，優化接閃器布局。
（四）加強全鏈路電磁兼容設計
新能源發電系統加強系統集成與協同防護，能切實提升雷電防護水平。在風機主控柜、光伏逆變器中安裝信號電涌保護器，使用雙層屏蔽電纜進行屏蔽層360°環接，另外再統一采用等電位接地網進行接地處理，通過能量自動配合技術確保各級電涌保護器動作電壓差不超過200V，能有效強化整個系統的雷電防護能力。另外還要落實雷雨季前的機組抽檢、便攜式直流電涌保護器備件、運維人員認證等機制的構建與執行，進一步強化系統運維保護能力。
結束語：
新能源發電系統的運行與發展需要以強化雷電防護為重點，合理采取各種措施提升雷電防護水平十分重要。可預見的是，隨著新能源事業的持續發展，相應的雷電防護標準、設備、技術將逐步完善，進而為新能源事業的高質量發展以及電網事業的安全穩定發展提供有力支撐。
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