丰富的海上风力资源使海上风机成为风电发展的一大趋势,但海上复杂的外界环境,导致海上风机建造和维护成本提高,因而要求海上风电机组的可靠性远高于陆上风机.而防雷系统是风力发电机组可靠性的重要保障.海上风电防雷主要还是从两大方面入手,一是直接雷击的防护,二是感应雷的防护,通过一些外部措施和内部过电压防护装置进行保护,以取得更好的防雷效果,保护海上风电的安全。
与陆上风电场相比，海上风电场具有风能资源储量大、开发效率高、环境污染小、不占用耕地等特优点，海上风力资源较陆上比较稳定，海上风电已经是当前风电行业竞相追逐的主体。鉴于海上气候环境跟陆地上有巨大的差异，为了提高风电机组安全性，降低雷击事故的可能性，提高风电机组抗雷击能力，已经成为目前海上风电的重要课题。
1. 海上风电机组防雷系统
1.1海上风电机组的机型主要为大功率兆瓦级
目前海上风电机组一般处于潮间带和朝下带滩涂风电场，风电机组的塔筒一般高约80至100m，叶片的长度也达到50至60m，由于海上环境的特殊性，风电机组遭雷击的风险大大提高，按照GL海上风电机组认证规范相关规定，海上风电机组的防雷等级应为I级防护，并且海上风电机组的防雷系统在下列环境中应能提供正常的工作和防护；
a) 环境温度范围：-50℃~70℃；
b) 振动条件：振幅不小于1mm、频率5~150Hz;
c) 防盐雾、防湿热、防霉变。
1.2海上风电防雷系统主要分为直击雷保护系统和感应雷保护系统两大部分
而直击雷保护系统主要采取的措施有接闪器系统、引下线系统、等电位系统、接地系统等。感应雷防护主要采取的措施有过电压防护系统、电磁屏蔽系统等。
1.3海上风机直击雷保护系统
a) 叶片顶部接闪器、中部雷电吸收器、叶片内部的接地线；
b) 叶片根部与轮毂连接处的防雷碳刷、叶片根部的不锈钢圆环；
c) 轮毂与塔筒连接处的防雷碳刷；
d)接地系统。
1.3.1 叶片防雷保护设计。在叶片尖端和中部安装有雷电接闪器，由一根70mm?传导雷击电流的电缆与叶片根部的触点相连，并在叶片根部的触点通过柔性电缆连接到轮毂。提供一个火花放电隙作为第二个泄流通道，放点隙不大于1mm。
1.3.2 测风杆。风速计和风向标的安装支架作为避雷针来建造。从该支架的避雷针底部连接一根50mm?的单股铜线，并以最短的线路直接连通至机架。
1.3.3 机舱罩。机舱罩上部内壁安装有雷电屏蔽网，屏蔽网和机架连接，形成法拉第网，能够有效地减少雷电感应的电磁干扰，保护机舱内部的电气设备。
1.3.4 塔筒。塔筒的每两个塔节之间由短的50mm?的接地电缆进行连接，接地电缆在塔架法兰处呈120度分布，保证塔筒可靠的电气连通。
1.3.5 接地。风电机组的接地系统设计符合规定，采用环形接地体，包围面积的平均半径≥10m，单台机组的接地电阻≤4Ω，使雷电流迅速流散入大地而不产生危险的过电压。
接地系统的设计必须符合下面的四个要求：
a) 确保机械稳定性和腐蚀电阻。
b) 从发热的角度考虑最高的计算残余电流限值。
c） 避免任何对于性能和设备的损害。
d） 确保人员免受残余接地电流在接地系统中产生电压的伤害。
考虑到连接处的腐蚀危险，强烈建议端子处采取防腐措施，如热缩套管、防腐保护胶带，或采用不锈钢（1.4572材质或316Ti）。对于所有加强的风机水泥基础，加强层的最底层必须布以圆钢或扁钢。
接地电极必须连接至加强网，以焊接、螺栓连接或压接的方式每隔2米连接一点。但若水泥需要提高机械强度（如施工中需要振动搅拌器），则不允许使用楔形连接。
接地电极的材料可以是圆钢或扁钢。最小圆钢直径是16mm，最小扁钢截面是40mm*4mm。
2. 海上风电感应雷防雷系统
海上风机防雷感应雷防护系统主要过电压防护系统和电磁屏蔽，过电压防护系统就是通过避雷器多级能量泄流配合，保护电子和电气设备的安全，并保护现场人员避免遭遇跨步电压和接触电压。电磁屏蔽主要是取决于金属机舱的屏蔽和导线的屏蔽。
2.1.1 在风力发电机组电源输入线路至设备端安装电源浪涌保护器，将电源线路上的浪涌过电压过电流限制在终端设备可以承受的浪涌电压范围内，保证设备的正常工作。在传感器、风速及风向仪、PLC等通讯线路的两端安装信号浪涌保护器，将过电压限制在通讯设备可以承受的范围内，从而保证通讯控制系统的正常工作。
2.1.2 屏蔽。海上风机的机舱大部分为金属构造，利用金属机舱构成一个大型的屏蔽体，可以有效减少外部电磁场的侵入，从而保护电气设备安全运行；风电机组线路采用双绞线、屏蔽线，以及穿金属管金属线槽等都会减小导线上的磁场，屏蔽层/金属线管/线槽应该两端接地。
3. 海上风机防雷系统的腐蚀保护
由于海上湿气较大，盐雾情况比较严重，风电机组的防雷系统防腐处理也应着重处理，其中防雷系统中腐蚀部件主要集中以下几个方面：
a) 叶片根部防雷环；
b）齿轮箱防雷环；
c）主轴刹车盘滑动点处。
4. 总结
海上风机，如不能可靠的解决防雷与接地，将影响进军海上风电的步伐。因为雷击是影响风机乃至整个风场安全运行的重要因素，而海上和陆上地区的雷电活动差异大，因此必须加强对海上风电机组防雷技术的研究，以确保海上风电场的安全。
