IEC61400-24:2019 Wind turbines－Part 24: Lightning protection標準解讀

文 | 莊嚴，任君

風力發電機組防雷問題一直是影響機組發電量的主要因素之一。為了提高風力發電機組的雷電防護性能以及改進測試方法，IEC TC88 MT24工作組在2002年推出了第一版的標準技術性文件IEC TR61400-24:2002；此后，在2010年和2019年先后兩次對此文件進行標準升級。兩次標準的修訂間隔從第一版（2010版）的8年，到第二版（2019版：IEC61400-24:2019Wind turbines-Part 24: Lightning protection）的9年，用近20年的時間為風電整機技術提供全面的防雷保護。

為了縮短國際標準與國家標準的轉化時間，全國風力機械標準化技術委員會（下稱“全國風標委”）在2015年組織國內的整機制造企業、葉片廠、測試單位對2010版標準進行等同轉化，20余名技術專家歷時2年完成該標準的翻譯編輯工作。2017年，國標《風力發電機組 雷電防護》GB/T33629:2017正式發布。由于此時距離2010版標準的發布時間相隔7年，而風電整機技術在這段時間內已經取得跨越式發展（例如，機型迭代更新，葉片長度增加），因此，2010版標準規定的測試條件與當時的風電整機防雷需求存在巨大的差異。

為了滿足防雷需求，2017年，MT24工作組提出重新修訂IEC61400-24的計劃。2019年7月，IEC61400-24:2019版標準正式發布。目前，該標準已經被列入全國風標委標準轉化的工作計劃中，預計2022年可完成國標的轉化發布工作。為早日促進標準的落地，本文對比2010版標準，詳細解讀了2019版標準。

主體框架

IEC61400-24:2019版標準在內容上由12章、18個附錄組成（見表1），其中，含一個規范性附錄，較2010版新增了N、O、P、Q四個資料性附錄的內容。

具體內容

與2010版相比，2019版標準在結構上沒有變化，但具體的章節內容作出了較大調整。章節與附錄內容相對應，附錄以資料的形式作為章節的補充。具體內容如下：

第6章，采用了IEC62305-1定義的雷電電流參數，定義了風力發電機組雷電環境，其中，包括雷電防護系統的尺寸規格、用于分析和試驗的雷電流參數，并將與風力發電機組相關的雷電活動現象作為資料性文件放在附錄A中。

表1 IEC61400-24:2010與IEC61400-24:2019標準的主體框架對比

第7章，強調了雷電風險評估的作用和意義，并且建議在新建項目時進行單機或風電場的雷電風險評估，根據雷電風險評估的結論選擇機組的雷電防護等級（明確了相應的雷電防護等級可能引起的人身傷害風險），有利于對機組的防雷性能提出差異化設計。

第8章，介紹了防雷系統子部件的設計和使用，與2010版的最大區別在于增加了對軸承進行全尺寸雷擊測試的要求，這將對軸承產品造成一定的影響。對于一般防雷元器件和構件提出仿真結論與實驗驗證數據對比的要求，進而保障其防雷性能與設計參數的一致性。

第9章，相較于2010版只針對機組的接地要求，2019版中對于該部分增加了等電位、間隙等技術內容，其中，最大的區別是涵蓋了風電場的接地要求，這也是TC88 MT24從整機防雷范疇擴展到風電場防雷的一個變化。

在附錄中，將附錄D作為規范性內容提出，主要針對葉片的發展提出了全新的測試技術要求，這與2010版的內容有著較大變化。例如，葉片樣片的測試角度、新型葉尖的測試方法，其中，由于冬季雷電電荷量可能達到Qflash=600C，2019版標準在編制的過程中采納了日本提出的關于增大冬季雷電參數的意見，將每次雷電測試的電荷量提高到600C。這些對測試設備和被測物提出了較高的要求。將其他附錄作為資料性內容提出，在本次修訂中增加了部分近10年累計的相關資料，如針對機組電控系統的電涌保護器，建議遵循差異化的設計原則，同時提出將安裝在LPZ1區的SPD Class I級沖擊電流設計為25kA- Iimp (10/350μs)。對于保護模式，應結合風力發電機組的電氣特點進行差異化設計。

新增的N―Q附件內容分別為：葉片的相似性指南、仿真設計和驗證方法、軸承的測試及風電場的接地要求。給出葉片相似性認證指南的主要目的是，在機組采用平臺系列化的背景下，降低機組和葉片進行測試認證的頻次，其與軸承的測試將對風電產業鏈產生一定的影響，尤其是生產企業需要對產品進行內部測試和實驗驗證；仿真設計和驗證方法的核心在于強調仿真設計與實驗結論的驗證對比。據此可以推測，2019版標準的要求會帶動國內風電相關雷擊實驗室的設備升級。

結語

風電技術的發展日新月異，但其與標準的進步始終存在一定的時間差。從風電技術發展的角度看，整機和葉片的技術在近十年間發生了質的變化，而風電整體的防雷技術一直發展較慢。這是因為，一方面，防雷技術在整機技術中一直處于邊緣位置，受重視程度較低；另一方面，現有的風電防雷技術、產品及標準無法完全與傳統建筑物防雷分開，導致風電行業特有的技術問題不能擺脫既有標準框架的束縛。這些問題都有待在行業發展過程中逐步解決。