IEC61400-24:2019 Wind turbines－Part 24: Lightning protection标准解读

文 | 庄严，任君

风力发电机组防雷问题一直是影响机组发电量的主要因素之一。为了提高风力发电机组的雷电防护性能以及改进测试方法，IEC TC88 MT24工作组在2002年推出了第一版的标准技术性文件IEC TR61400-24:2002；此后，在2010年和2019年先后两次对此文件进行标准升级。两次标准的修订间隔从第一版（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年的时间为风电整机技术提供全面的防雷保护。

为了缩短国际标准与国家标准的转化时间，全国风力机械标准化技术委员会（下称“全国风标委”）在2015年组织国内的整机制造企业、叶片厂、测试单位对2010版标准进行等同转化，20余名技术专家历时2年完成该标准的翻译编辑工作。2017年，国标《风力发电机组 雷电防护》GB/T33629:2017正式发布。由于此时距离2010版标准的发布时间相隔7年，而风电整机技术在这段时间内已经取得跨越式发展（例如，机型迭代更新，叶片长度增加），因此，2010版标准规定的测试条件与当时的风电整机防雷需求存在巨大的差异。

为了满足防雷需求，2017年，MT24工作组提出重新修订IEC61400-24的计划。2019年7月，IEC61400-24:2019版标准正式发布。目前，该标准已经被列入全国风标委标准转化的工作计划中，预计2022年可完成国标的转化发布工作。为早日促进标准的落地，本文对比2010版标准，详细解读了2019版标准。

主体框架

IEC61400-24:2019版标准在内容上由12章、18个附录组成（见表1），其中，含一个规范性附录，较2010版新增了N、O、P、Q四个资料性附录的内容。

具体内容

与2010版相比，2019版标准在结构上没有变化，但具体的章节内容作出了较大调整。章节与附录内容相对应，附录以资料的形式作为章节的补充。具体内容如下：

第6章，采用了IEC62305-1定义的雷电电流参数，定义了风力发电机组雷电环境，其中，包括雷电防护系统的尺寸规格、用于分析和试验的雷电流参数，并将与风力发电机组相关的雷电活动现象作为资料性文件放在附录A中。

表1 IEC61400-24:2010与IEC61400-24:2019标准的主体框架对比

第7章，强调了雷电风险评估的作用和意义，并且建议在新建项目时进行单机或风电场的雷电风险评估，根据雷电风险评估的结论选择机组的雷电防护等级（明确了相应的雷电防护等级可能引起的人身伤害风险），有利于对机组的防雷性能提出差异化设计。

第8章，介绍了防雷系统子部件的设计和使用，与2010版的最大区别在于增加了对轴承进行全尺寸雷击测试的要求，这将对轴承产品造成一定的影响。对于一般防雷元器件和构件提出仿真结论与实验验证数据对比的要求，进而保障其防雷性能与设计参数的一致性。

第9章，相较于2010版只针对机组的接地要求，2019版中对于该部分增加了等电位、间隙等技术内容，其中，最大的区别是涵盖了风电场的接地要求，这也是TC88 MT24从整机防雷范畴扩展到风电场防雷的一个变化。

在附录中，将附录D作为规范性内容提出，主要针对叶片的发展提出了全新的测试技术要求，这与2010版的内容有着较大变化。例如，叶片样片的测试角度、新型叶尖的测试方法，其中，由于冬季雷电电荷量可能达到Qflash=600C，2019版标准在编制的过程中采纳了日本提出的关于增大冬季雷电参数的意见，将每次雷电测试的电荷量提高到600C。这些对测试设备和被测物提出了较高的要求。将其他附录作为资料性内容提出，在本次修订中增加了部分近10年累计的相关资料，如针对机组电控系统的电涌保护器，建议遵循差异化的设计原则，同时提出将安装在LPZ1区的SPD Class I级冲击电流设计为25kA- Iimp (10/350μs)。对于保护模式，应结合风力发电机组的电气特点进行差异化设计。

新增的N―Q附件内容分别为：叶片的相似性指南、仿真设计和验证方法、轴承的测试及风电场的接地要求。给出叶片相似性认证指南的主要目的是，在机组采用平台系列化的背景下，降低机组和叶片进行测试认证的频次，其与轴承的测试将对风电产业链产生一定的影响，尤其是生产企业需要对产品进行内部测试和实验验证；仿真设计和验证方法的核心在于强调仿真设计与实验结论的验证对比。据此可以推测，2019版标准的要求会带动国内风电相关雷击实验室的设备升级。

结语

风电技术的发展日新月异，但其与标准的进步始终存在一定的时间差。从风电技术发展的角度看，整机和叶片的技术在近十年间发生了质的变化，而风电整体的防雷技术一直发展较慢。这是因为，一方面，防雷技术在整机技术中一直处于边缘位置，受重视程度较低；另一方面，现有的风电防雷技术、产品及标准无法完全与传统建筑物防雷分开，导致风电行业特有的技术问题不能摆脱既有标准框架的束缚。这些问题都有待在行业发展过程中逐步解决。