風電場因其地理位置多位于高地、沿海或海上，塔筒高度常超百米，直接暴露于雷電和浪涌環境，對電氣設備尤其是敏感的控制與功率電子設備構成嚴重威脅。浪涌保護器（Surge Protective Device，SPD）作為減輕雷擊及開關產生過電壓的關鍵部件，其在風電場中的部署、選型及接線方案必須滿足嚴格的環境與技術要求，以確保風機及風電場的高可用性與經濟性。地凱科技基于IEC 61400-24等標準及行業實踐，系統探討風電場環境對SPD部署的要求與選型接線原則，并結合典型行業應用方案，提出綜合性解決思路。

一、風電場環境特點及對SPD部署的影響

高雷擊率與嚴酷環境

風機塔頂及葉片因高度與突出地形，雷擊發生頻率顯著高于地面設施，且上升雷（Winter Lightning）可產生高達100 kA的電流及600 C的電荷傳輸。此外，沿海與海上環境還伴隨鹽霧、濕度及腐蝕，要求SPD具有優異的防護外殼及防腐性能。

多雷電保護區（LPZ）劃分

依據IEC 61400-24 附錄E，風機內部與外部應劃分為多級雷電保護區（LPZ 0A/0B→LPZ 1→LPZ 2n），不同保護區的浪涌幅值與沖擊電流參數各異，應在設計階段明確各區SPD部署位置與規格

氣候耐受性

溫度范圍：需滿足-40℃~+70℃工作區間（如IEC 61643-11 Class II標準）

防護等級：機艙外部SPD要求IP67防護，塔基內部不低于IP54

材料選擇：沿海地區需采用316L不銹鋼外殼，鹽霧測試需通過480h中性鹽霧試驗

機械振動防護

抗震性能：滿足IEC 60068-2-6標準，振動頻率范圍10-150Hz，加速度5g

安裝方式：采用彈簧減震支架，確保SPD本體與柜體間振動隔離

風電浪涌保護器 ?
風電浪涌保護器
風電浪涌保護器

二、地凱科技風電場浪涌保護器SPD部署要求

外部與內部一體化防護

外部雷電保護（LPS）負責安全攔截并引流直接雷擊電流，內部SPD負責抑制入侵的浪涌過電壓，兩者需協同設計，形成“攔—分—壓—泄”完整鏈路。DEHN實踐表明，結合外部避雷針、HVI導體與內部監測器，可有效減少后續維護成本與停機時間。

接地與等電位連接

SPD應與主接地母線短、直、粗連接，連接導體截面積≥16 mm銅排或等效等級，并與風機基礎鋼筋、塔筒鋼體等結構接地良好，避免地電位差引發側擊與閃絡。

三、風電場浪涌保護器SPD選型原則與技術參數

SPD等級與標準

Class I（10/350 μs）用于直接雷擊電流分流，沖擊電流Iimp≥25 kA；

Class II（8/20 μs）用于后備保護，額定放電電流In≥15 kA

選型須符合IEC 61643-11及UL 1449第5版標準要求，確保響應時間＜25 ns、熱穩定性及多次浪涌承受能力。可參考UL 1449對SPD熱耐受與短路安全測試規范。

電壓保護水平（Up）與系統協調

SPD的殘壓Up應低于被保護設備的耐受電壓，并與后級SPD協調，形成“金字塔”式多級保護，避免上級SPD動作時對下級設備產生過大應力。

風電浪涌保護器 風電浪涌保護器

四、地凱科技風電行業典型應用方案解析

機組級防護方案

葉片防雷系統

接閃器布局：采用6-8個銅合金接閃點，覆蓋葉片尖端1/3區域

導流系統：50mm2銅纜沿主梁敷設，通過滑環接入塔筒接地網

機艙內部防護

電源回路：三級防護架構（25kAⅠ類+40kAⅡ類+20kAⅢ類）

信號回路：采用RJ45+光纖復合型SPD，傳輸速率支持1Gbps

場站級整體方案

集電線路防護

35kV線路每基塔安裝線路型SPD（如地凱科技光伏DK-PV1000專用浪涌保護器）

電纜接頭處加裝組合式避雷器（ZnO+串聯間隙結構）

主控系統保護

冗余設計：雙SPD并聯運行，故障自動切換

狀態監測：集成溫度、漏電流傳感器，數據上傳SCADA系統

風電場潮濕、多雷、高振動環境對SPD部署提出高標準要求。必須依照IEC 61400-24分區設計、選型符合IEC 61643/UL 1449標準的多級SPD，并采用低阻抗、短回路的接線方案，確保外部LPS與內部SPD協同作戰。未來，可結合智能監測（如DEHNdetect）與數字孿生技術，實現對浪涌事件的在線監控與運維優化，進一步提升風電場可用性與經濟效益。

審核編輯 黃宇