摘 要：以一次風力發(fā)電機組雷擊致災過程為研究對象，通過對該事故雷暴天氣的大氣環(huán)流形勢和大氣能量、環(huán)境溫濕度、熱力和動力穩(wěn)定度，以及雷暴云組合反射率、云頂溫度、相態(tài)微物理條件和閃電電流強度、剩磁場強度等電過程分析提煉了其致災過程指標。結(jié)果表明，本次雷電災害等級為重大雷電災害事故，此次致災雷暴過程雷達回波組合反射率、云頂溫度和相態(tài)及雷電流幅值的平均強度屬于中等強度，而[K]指數(shù)、500和850 hPa的溫度差和假相當位溫、總指數(shù)TT以及中層垂直風切變對此次致災過程的指示性較好，從剩磁測試、雷電熔痕現(xiàn)場取證可確定其機艙罩起火原因，因此加強風電場雷電監(jiān)測預警、風險評估等非工程性防雷措施具有重要意義。

關(guān)鍵詞：風電機組；雷擊；災害；預警；風險；衛(wèi)星

中圖分類號：P427.3""""""""""" """"" """"""""""""""文獻標志碼：A

0 引 言

風電是實現(xiàn)“雙碳”目標的主力軍，截至2022年底中國風電裝機容量約36544萬kW，同比增長11.2%，風電占全國發(fā)電裝機容量的14.2%［1］。隨著風電產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，其雷擊安全隱患也逐漸突出，由于風力機所處位置的地質(zhì)和氣象相對復雜，且隨著風力機塔筒的增高和槳葉的加長，被雷擊的風險逐漸增大［2-3］。雷擊引起的事故占風電機組總事故的60%以上，風力機雷擊事故中直擊雷約占1/3，其主要造成葉片損傷［4］，葉片損失造成的平均修復成本約為15萬元［5］，因此針對風力機葉片雷擊的研究國內(nèi)外學者做了大量工作，先后建立基于滾球法的傳統(tǒng)電氣幾何模型、先導發(fā)展模型［6-8］及改進的先導發(fā)展模型［9-12］，且根據(jù)風電機組雷擊風險評估進一步優(yōu)化了雷電防護系統(tǒng)［13-14］。風力機雷擊事故的另一重點是雷擊造成的風電機組內(nèi)部強弱電系統(tǒng)過電壓防護問題，針對風電機組雷擊電磁暫態(tài)過程國內(nèi)外學者建立不同電路模型［15-20］，王國政等［21］、陶世祺［22］建立海上風力發(fā)電機組一體化雷擊電磁暫態(tài)模型并開展了海洋環(huán)境下風力機防雷問題研究。

上述針對風力機雷擊事故的研究主要集中在雷電的電磁場效應及其成災機理方面的分析方面，目前對于發(fā)生風力機雷擊事故的雷暴天氣的熱力、動力和微物理過程方面的研究甚少，而這些過程指標的提取對于風電場雷電監(jiān)測預警具有重要意義。因此本文從一次雷擊風力機事故的雷暴天氣環(huán)境方面入手，重點分析該次事故雷暴天氣的大氣環(huán)流形勢和物理量場，提煉其大氣能量、環(huán)境溫濕度、熱力和動力穩(wěn)定度及其雷暴云組合反射率、云頂溫度、相態(tài)微物理條件和閃電電流強度、剩磁場強度等電過程指標，以期為風電場雷電監(jiān)測預警模型的建立和指標的選取提供參考。

1 事故回顧

本文所述事故風電場地處內(nèi)蒙古錫林郭勒盟阿巴嘎旗（圖1a），風電場所處海拔高度為1118～1805 m，該風電場總裝機容量149.5 MW，共有風力機98臺，發(fā)生事故的17#風力機（下文簡稱為“目標風力機”）額定功率為2 MW，輪轂高度80 m，2012年12月投產(chǎn)運行，后期由風電場負責日常維護、檢修等工作。2020年5月22日目標風力機最后一次上塔清洗滑環(huán)工作，至雷災發(fā)生前該風力機一直正常工作。2020年6月18日14：42：18目標風力機報出變頻器轉(zhuǎn)子側(cè)故障標志；15：09值班人員匯報運行值長，目標風力機機艙冒出濃煙且有明火（圖1b），18：50明火熄滅，造成整個機艙及其內(nèi)部設(shè)備全部燒毀。據(jù)目擊者筆錄，約14：30當?shù)啬撩衤牭綆茁暲醉懞蟀l(fā)現(xiàn)目標風力機冒煙；另據(jù)附近另一風電場防雷裝置檢測外委人員回憶，6月18日下午其在事故風力機區(qū)域開展風力機防雷裝置檢測工作，當時聽到一聲悶雷，隨后看到目標風力機機艙有兩處區(qū)域開始冒煙。

2 資料來源

本文使用的分析雷暴天氣環(huán)流形勢和物理量場所的數(shù)據(jù)來自美國國家環(huán)境預報中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）分辨率為0.25°×0.25°的NCEP-FNL再分析資料（下載地址為https：//rda.ucar.edu/datasets/ds083.3/）。雷達數(shù)據(jù)是錫林浩特新一代天氣雷達觀測資料，雷達站位于111°10′28″E、43°57′29″N，海拔1246.5 m，雷達波長為5 cm。衛(wèi)星的云頂溫度（cloud top temperature，CTT）和云相態(tài)（cloud phase state，CLP）數(shù)據(jù)是新一代靜止軌道氣象衛(wèi)星FY-4A號觀測資料，其分辨率為4 km（下載地址為http：//satellite.nsmc.org.cn/PortalSite/Default.aspx）。閃電定位數(shù)據(jù)來自內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象部門的ADTD型閃電定位系統(tǒng)資料，包含每次地閃發(fā)生的具體時間、經(jīng)緯度、回擊電流幅值等參數(shù)。剩磁測試數(shù)據(jù)為現(xiàn)場實際測試所得。

3 雷暴天氣環(huán)流形勢和物理量場分析

3.1 天氣實況及環(huán)流形勢分析

從圖2a可看出，在亞歐大陸中緯度地區(qū)出現(xiàn)三槽兩脊的形勢，三槽分別位于巴爾喀什湖西南一帶、貝加爾湖地區(qū)以及我國內(nèi)蒙古高原中部。內(nèi)蒙古中部地區(qū)存在高空冷渦，隨著時間的推移，高空冷渦向東移動，內(nèi)蒙古高原一帶的高空槽隨之東移（圖2b），2020年6月18日08：00，內(nèi)蒙古錫林浩特一帶為冷渦所在區(qū)域，存在閉合環(huán)流，此次對流天氣過程主要受高空冷渦東移影響。850 hPa高度上錫林浩特南部存在低渦切變線東移，與高空天氣系統(tǒng)相配合，有利于對流過程發(fā)生。

2020年6月18日位于內(nèi)蒙古錫林浩特市西部的目標風力機風電場附近出現(xiàn)小雨降雨過程，持續(xù)時間為14：16—15：12。伴隨降雨該地還出現(xiàn)雷電過程，根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象部門閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測顯示，當日在該風電場20 km范圍內(nèi)共發(fā)生閃電8次，其中負地閃5次，正地閃3次；10 km范圍內(nèi)發(fā)生閃電的平均強度[-18.78] kA，閃電導致該風電場三期17號風力機出現(xiàn)故障，機艙冒濃煙且有明火過程。

3.2 物理量場分析

對流天氣的發(fā)生除有利的環(huán)流形勢外，還需具備一定的大氣環(huán)境條件，如大氣不穩(wěn)定層結(jié)、適宜的溫濕條件和一定的觸發(fā)機制［23-24］。為探究各物理量對此次雷暴過程的指示性，選取常用物理量（表1）并給出6月18日08：00和14：00各物理量在目標風力機區(qū)域的數(shù)值。

在能量條件方面，對流有效位能CAPE和[K]指數(shù)是判別強對流天氣常用的物理量，其數(shù)值越高表示大氣層結(jié)越不穩(wěn)定［25］。由表1可知，6月18日08：00時CAPE值為112 J/kg，到14：00對流發(fā)生前僅增至539 J/kg，低于強對流天氣出現(xiàn)時的閾值［22］，可見此次對流過程在目標風力機一帶強度較弱。由圖3a可知，08：00目標風力機一帶[K]指數(shù)在33～34.5 ℃之間，隨著時間的推移，不穩(wěn)定能量持續(xù)積累，18日14：00時[K]指數(shù)等值線水平梯度增大（圖3b），錫林浩特南部地區(qū)[K]指數(shù)均高于34.5 ℃，尤其目標風力機附近[K]指數(shù)升至約37.5 ℃，超過強對流天氣出現(xiàn)的閾值，可認為目標風力機一帶大氣層

結(jié)較不穩(wěn)定，有利于對流天氣的發(fā)生。由此可見，對于強度較弱的對流過程，[K]指數(shù)比CAPE更為敏感。

對于環(huán)境溫濕條件而言，高低空的溫度差[ΔT500-850]反映了大氣垂直溫度梯度，其絕對值越大表示大氣垂直梯度越大，大氣越不穩(wěn)定［26］。18日08：00目標風力機一帶[ΔT500-850]在[-28～-27 ℃]之間（圖3c），14：00錫林浩特南部地區(qū)存在層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)，其中目標風力機處于[ΔT500-850]的極小值區(qū)（圖3d），即層結(jié)不穩(wěn)定區(qū)域中心，中心數(shù)值達[-33 ℃]，易發(fā)生強對流天氣。從500和850 hPa的溫度露點差來看，大氣層結(jié)呈現(xiàn)上干下濕的特點，大氣可降水量PW值較?。ㄔ?.34～3.41 cm之間），此次雷暴過程的水汽條件一般。

由水汽通量和水平風場在不同高度上的分布來看，在500 hPa高度上目標風力機一帶的水汽主要來自其東南方向的水汽通量高值區(qū)（圖4a），隨著流場的移動和發(fā)展，14：00錫林浩特南部地區(qū)通過南或西南氣流將水汽輸送至目標風力機一帶，其水汽通量的值為2～3 g/（s·hPa·cm）（圖4b）。850 hPa高度上（圖4c、圖4d）目標風力機一帶水汽通量的值為5～7 g/（s·hPa·cm），總的來說當?shù)氐乃坎皇呛艹渑妗?/p>

就熱力條件而言，目標風力機區(qū)域18日08：00時500 hPa和850 hPa假相當位溫的差[Δθse（500-850）]值在3～4 K之間，層結(jié)較為穩(wěn)定，14：00時降至0 K以下，有利于對流天氣的發(fā)生。

18日14時在目標風力機區(qū)域總指數(shù)TT值高達51 ℃，超過強對流發(fā)生的閾值［27］，可見[Δθse（500-850）]和TT對此次雷暴天氣的指示性較好。動力條件方面，中低層垂直風切變對于對流的觸發(fā)具有重要作用［28］，較大的中低層風切變有利于強對流的產(chǎn)生和發(fā)展，在對流發(fā)生前低層垂直風切變減小，而中層垂直風切變增大，且增幅較大。由圖5可看出，目標風力機一帶（115～116°N）在6月18日14：00有深厚的垂直上升運動區(qū)，中心速度達到[-6×10-3] hPa/s（負值表示速度方向向上）（圖5a）。此外，從圖5b可看出，目標風力機及其周邊地區(qū)上空600 hPa以上散度值為[0～15×10-5 s-1]，屬于輻散區(qū)域，而600 hPa以下至地面為強輻合區(qū)域，中心強度達[-20×10-5 s-1]，低層強輻合、高層強輻散為雷暴的產(chǎn)生提供了有利的動力條件。

4 雷達、衛(wèi)星及閃電定位資料分析

4.1 雷達組合反射率和地閃變化特征分析

從圖6可知，13：30目標風力機上空5 km范圍雷達回波組合反射率的平均值為22 dBZ，最大值為27 dBZ；13：30—14：06這段時間，目標風力機5 km范圍的雷達回波強度最大值都在30 dBZ以下，回波強度有緩慢減小后又逐漸增大的趨勢。這段時間內(nèi)地閃主要發(fā)生在目標風力機的南部地區(qū)，地閃發(fā)生區(qū)域上空云層的雷達回波強度大部分在30 dBZ以下，且以正地閃為主；只有風力機北部少數(shù)負地閃發(fā)生在30 dBZ以上強回波區(qū)域。隨著時間的推移，目標上空的雷達回波強度逐漸增強，14：12風力機上空5 km范圍雷暴云雷達回波的最大強度達到36 dBZ，14：24時風力機上空3 km范圍的雷達回波達到36 dBZ；14：30目標風力機上空雷暴云3 km范圍的雷達回波強度達到43 dBZ，14：36回波強度有所下降，14：42回波強度又增至44 dBZ；這段時間目標風力機周邊地閃為負地閃，地閃主要發(fā)生在35 dBZ以上的強回波區(qū)域；而14：33離目標風力機最近位置的兩次負地閃發(fā)生在25 dBZ以下的弱回波區(qū)域。

4.2 衛(wèi)星的云頂溫度、相態(tài)和地閃變化特征分析

4.2.1 云頂溫度CTT與地閃變化特征

圖7為2020年6月18日目標風力機周邊不同時段的FY-4A衛(wèi)星的CTT云圖特征。6月18日午后，在內(nèi)蒙古南部及山西、河北一帶有一中尺度對流系統(tǒng)向東北方向移動，云團面積較大，覆蓋了內(nèi)蒙古錫林郭勒盟中部以東區(qū)域，此次風力機雷災事故發(fā)生在云團的北部邊緣。從13：30開始云團覆蓋目標風力機上空，隨著云團向東北發(fā)展，目標風力機上空的云層逐漸增多，且云頂溫度開始下降，13：34—13：38云頂溫度降至291.80 K，目標風力機的東邊開始有地閃發(fā)生，且正地閃發(fā)生比例較大，約為負地閃的2倍。隨著時間的推移，目標風力機上空的云頂溫度逐漸增大，云層逐漸壓低，地閃的發(fā)生逐漸向目標風力機靠近，且負地閃的比例逐漸增至約90%；到14：30，風力機上空的云頂又降至292.82 K，目標風力機附近地閃逐漸增多，14：33離目標風力機最近位置發(fā)生2次負地閃，電流強度分別為[-17.6]和[-15.1] kA，分別距目標風力機的距離為8473和8706 m；在此以后風力機上空的云頂溫度又呈升高趨勢，風力機上空對流開始慢慢發(fā)展成熟，15：38目標風力機上空的云團逐漸消失，生命周期持續(xù)2 h多。

4.2.2 云頂相態(tài)CLP與地閃變化特征

從圖8可知，13：30—14：24內(nèi)，目標風力機上空呈液態(tài)水相態(tài)，云頂溫度較高；隨著對流的發(fā)展，14：30目標風力機上空云頂相態(tài)中出現(xiàn)混合相和冰相態(tài)，云中上升運動發(fā)展旺盛，冰相粒子易產(chǎn)生摩擦碰撞起電，從而導致目標風力機附近閃電的發(fā)生；14：42以后目標風力機上空云頂相態(tài)再次呈液態(tài)水相態(tài)，云頂溫度上升，系統(tǒng)逐漸消散。

5 剩磁測試數(shù)據(jù)分析

對燒毀機艙散落的金屬部件進行剩磁測試，所用數(shù)字式剩磁測試儀K-8029的相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表2。通過測試，機艙內(nèi)的金屬爬梯最上端的剩磁為4.1 mT，機艙上風速風向儀與機艙連接處的金屬構(gòu)件剩磁為2.4 mT。根據(jù)《電氣火災原因技術(shù)鑒定方法 第2部分剩磁法》（GB 16840.2—2021）［29］第8.1.1.2條雷電剩磁判定標準，處于雷電通道的金屬構(gòu)件剩磁數(shù)據(jù)均在1.5～10 mT之間時可判定有雷電流流過。此外，從氣象桅桿引下防雷電纜和機艙預埋法拉第籠銅編帶存在明顯熔融痕跡可判定為雷電熔痕（圖9）。

6 結(jié)論與討論

1）依據(jù)GB 16840.2—2021《電氣火災原因技術(shù)鑒定方法 第2部分 剩磁法》、QX/T 103—2017《雷電災害調(diào)查技術(shù)規(guī)范》［30］，通過現(xiàn)場勘查取證、調(diào)查訪問、詢問筆錄、影像資料收集、結(jié)合閃電定位等氣象數(shù)據(jù)綜合分析研判，認定此次事故為雷電災害事故，本次雷災事故兼具上述4種證據(jù)，即閃電監(jiān)測定位、剩磁測試、雷電熔痕和目擊者證明，本次雷電災害等級為重大雷電災害事故。

2）此次雷災事故過程發(fā)生前，大氣在垂直方向上的冷暖配置以及明顯的垂直風向切變均有利于強對流天氣的出現(xiàn)，但是大氣層結(jié)濕度條件較差，水汽含量不充沛，地面降水為小雨，而大氣層結(jié)越不穩(wěn)定的[K]指數(shù)較高，[Δθse（500-850）]和TT對此次雷暴天氣的熱力指示性也較好。從目標風力機上空雷達回波來看，其3～5 km范圍的組合反射率平均值為22 dBZ，最大值為29 dBZ；該時段目標風力機上空的云頂溫度平均值為293.30 K，最大值為294.53 K，發(fā)生雷擊時風力機上空雷暴云呈冰水混合相態(tài)；10 km范圍內(nèi)發(fā)生閃電的雷電流平均強度為[-18.78] kA，其雷電流幅值累積概率為60%［31］，強度屬于中等強度等級。本次致災雷暴天氣的大氣熱力、動力穩(wěn)定度和雷暴云微物理及電過程指標可應用于風力機的雷電影響預報中，為風力機的運行和維護提供決策依據(jù)。

3）從剩磁測試、雷電熔痕現(xiàn)場取證分析，本次事故原因為雷電擊中機艙尾部氣象桅桿，造成氣象桅桿連接機艙的防雷電纜及法拉第籠銅編帶高溫熔化，引起機艙罩起火。機艙罩燃燒的碳灰及炸裂的銅帶金屬粉塵被變頻器功率柜離心風扇吸入柜內(nèi)，造成變頻柜內(nèi)機側(cè)M相絕緣柵雙極型晶體管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）和網(wǎng)側(cè)W相IGBT短路爆炸，機組故障停機，并網(wǎng)接觸器和并網(wǎng)斷路器理論上應相繼動作，但由于大火影響，主斷路器控制回路斷線，斷路器拒動，造成主斷路器上口與柜體拉弧放電。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)法拉第籠與主機支架僅有一點連接，不滿足《風力發(fā)電機組雷電防護系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（NB/T 31039—2012）［32］5.2.1.4條款之規(guī)定，即機艙金屬網(wǎng)格（法拉第籠）應互連并在較大范圍內(nèi)用金屬帶與機艙底座多點連接，雷電流通過法拉第籠與主機支架一點或多點泄放造成的電磁—熱耦合效應差別還需進一步研究。

［參考文獻］

［1］"""""" 國家能源局. 國家能源局發(fā)布2022年全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)［EB/OL］. http：//www.nea.gov.cn/2023-01/18/c_1310691509. htm， 2023-01-18.

National Energy Administration. The National Energy Administration released statistics on the country’s power industry in 2022［EB/OL］. http：//www.nea.gov.cn/2023-01/18/c_1310691509. htm， 2023-01-18.

［2］"""""" 李謙， 劉光平， 錢啟良，等. 湖南東方風電場Ⅱ期風力發(fā)電設(shè)備故障及雷害分析［J］. 風力發(fā)電， 2002（3）： 22-27.

LI Q， LIU G P， QIAN Q L， et al. Failure analysis of wind power generation equipment in Hainan east wind farm II and its lightning strike condition［J］. Wind turbine generator， 2002（3）： 22-27.

［3］"""""" CANDELA G A， MADSEN S F， NISSIM M， et al. Lightning damage to wind turbine blades from wind farms in the US［J］. IEEE transactions on power delivery， 2016， 31（3）： 1043-1049.

［4］"""""" GLUSHAKOW B. Effective lightning protection for wind turbine"" generators［J］.""" IEEE""" transactions"" on"" energy conversion， 2007， 22（1）： 214-222.

［5］"""""" IEC 61400-24：2019，Wind turbine generator systems - part 24： lightning protection［S］.

［6］"""""" BECERRA M， COORAY V. A simplified physical model to determine the lightning upward connecting leader inception［J］. IEEE transactions on power delivery， 2006， 21（2）： 897-908.

［7］"""""" BECERRA M， COORAY V. A self-consistent upward leader propagation model［J］. Journal of physics D applied physics， 2006， 39（16）： 3708-3715.

［8］"""""" BECERRA M， COORAY V. Time dependent evaluation of the lightning upward connecting leader inception［J］. Journal of physics， D applied physics： a europhysics journal， 2006， 39（21）： 4695-4702.

［9］"""""" 師偉， 李慶民. 基于先導放電理論的雷擊上行先導起始研究［J］. 中國電機工程學報， 2014， 34（15）： 2470-2477.

SHI W， LI Q M. Research on the lightning upward leader inception based on leader discharge theory［J］. Proceedings of the CSEE， 2014， 34（15）： 2470-2477.

［10］"""" MA Y F， GUO Z X， LI Q M， et al. Processing of upward leader on the wind turbine blade and critical length inception criterion［C］//2016 33rd International Conference on Lightning Protection （ICLP）. Estoril， Portugal， 2016： 1-5.

［11］"""" LONG M N， BECERRA M， THOTTAPPILLIL R. On the attachment of dart lightning leaders to wind turbines［J］. Electric power systems research， 2017， 151： 432-439.

［12］"""" LONG M N， BECERRA M， THOTTAPPILLIL R. Modeling the attachment of lightning dart and dart-stepped leaders"" to"" grounded"" objects［J］." IEEE" transactions" on electromagnetic compatibility， 2017， 59（1）： 128-136.

［13］"""" YOKOYAMA S. Lightning protection of wind turbine blades［J］. Electric power systems research， 2013， 94： 3-9.

［14］"""" ABD-ELHADY A M， SABIHA N A， IZZULARAB M A. Experimental evaluation of air-termination systems for wind turbine blades［J］. Electric power systems research， 2014， 107： 133-143.

［15］"""" 王曉輝， 張小青. 風電機組內(nèi)電子設(shè)備的雷電電磁干擾分析［J］. 高電壓技術(shù)， 2009， 35（8）： 2019-2023.

WANG X H， ZHANG X Q. Analysis of the lightning electromagnetic interference to electronic devices in wind generation systems［J］. High voltage engineering， 2009， 35（8）： 2019-2023.

［16］"""" YAMAMOTO K， CHIKARA T， AMETANI A. A study of transient magnetic fields in a nacelle of a wind turbine generator system due to lightning［J］. IEEJ transactions on power and energy， 2009， 129（5）： 628-636.

［17］"""" WABG X H， ZHANG X Q. Modelling and simulation of lightning transients in wind turbine grounding systems［J］. Journal of system simulation， 2010， 22（8）： 1805-1808.

［18］"""" AHMED M R， ISHII M. Effectiveness of interconnection of wind turbine grounding influenced by interconnection wire［C］//2012 International Conference on Lightning Protection （ICLP）， Vienna， Austria， 2012： 1-6.

［19］"""" 陶世祺， 張小青， 王耀武， 等. 直接雷擊時風電機組的暫態(tài)響應分析［J］. 太陽能學報， 2017， 38（10）： 2675-2682.

TAO S Q， ZHANG X Q， WANG Y W， et al. Analysis of transient responses on wind turbines during direct lightning strike［J］. Acta energiae solaris sinica， 2017， 38（10）： 2675-2682.

［20］"""" 陶世祺， 張小青， 王耀武， 等. 風電機組的雷電暫態(tài)過電壓統(tǒng)計研究［J］. 太陽能學報， 2018， 39（11）： 3261-3269.

TAO S Q， ZHANG X Q， WANG Y W， et al. Statistical analysis of lightning transient overvoltage on wind turbines［J］. Acta energiae solaris sinica， 2018， 39（11）： 3261-3269.

［21］"""" 王國政， 張黎， 吳昊， 等. 海上風機一體化電磁暫態(tài)模型與雷電暫態(tài)過電壓研究［J］. 電力自動化設(shè)備， 2017， 37（11）： 32-38.

WANG G Z， ZHANG L， WU H， et al. Electromagnetic transient integration model and transient overvoltage study of offshore wind turbine［J］. Electric power automation equipment， 2017， 37（11）： 32-38.

［22］"""" 陶世祺. 海上風力發(fā)電機組雷電瞬態(tài)研究［D］. 北京： 北京交通大學， 2019.

TAO S Q. Study on lightning transient of offshore wind turbines［D］. Beijing： Beijing Jiaotong University， 2019.

［23］"""" 斯琴， 王佳津， 荀學義， 等. 基于T639對流參數(shù)的內(nèi)蒙古強對流天氣潛勢預報方法初探［J］. 干旱氣象， 2016， 34（5）： 906-911.

SI Q， WANG J J， XUN X Y， et al. Preliminary study on potential forecast method of strong convective weather in Inner Mongolia based on T639 convective parameters［J］. Journal of arid meteorology， 2016， 34（5）： 906-911.

［24］"""" 俞小鼎， 周小剛， 王秀明. 雷暴與強對流臨近天氣預報技術(shù)進展［J］. 氣象學報， 2012， 70（3）： 311-337.

YU X D， ZHOU X G， WANG X M. The advances in the nowcasting techniques on thunderstorms and severe convection［J］. Acta meteorologica sinica， 2012， 70（3）： 311-337.

［25］"""" 劉健文. 天氣分析預報物理量計算基礎(chǔ)［M］. 北京： 氣象出版社， 2005.

LIU J W. Calculation basis of physical quantities for weather""" analysis""" and"" forecast［M］.""" Beijing：""" China Meteorological Press， 2005.

［26］"""" 雷蕾， 孫繼松， 魏東. 利用探空資料判別北京地區(qū)夏季強對流的天氣類別［J］. 氣象， 2011， 37（2）： 136-141.

LEI L， SUN J S， WEI D. Distinguishing the category of the summer convective weather by sounding data in Beijing［J］. Meteorological monthly， 2011， 37（2）： 136-141.

［27］"""" 袁慧敏. 利用探空資料確定呼和浩特地區(qū)3類強對流天氣預警閾值［J］. 氣象科技， 2019， 47（3）： 476-485.

YUAN H M. Using radiosonde data to determine warning thresholds of three types of strong convective weather in Hohhot Area［J］. Meteorological science and technology， 2019， 47（3）： 476-485.

［28］"""" 鞏敏瑩， 靳英燕. 西北區(qū)東部一次雷暴天氣過程的診斷分析［J］. 高原氣象， 2009， 28（1）： 203-208.

GONG M Y， JIN Y Y. Diagnosis analysis on a thunderstorm event in the east of Northwest China［J］. Plateau meteorology， 2009， 28（1）： 203-208.

［29］"""" GB/T 16840.2—2021， 電氣火災痕跡物證技術(shù)鑒定方法—第2部分： 剩磁檢測法［S］.

GB/T 16840.2—2021， Technical identification method of electrical fire trace physical evidence-Part 2： residual magnetic detection method［S］.

［30］"""" QX/T 103—2017， 雷電災害調(diào)查技術(shù)規(guī)范［S］.

QX/T 103—2017， Technical specification for lightning disaster investigation［S］.

［31］"""" 劉曉東. 內(nèi)蒙古雷電災害綜合風險調(diào)查及評估區(qū)劃技術(shù)研究與應用［M］. 呼和浩特： 內(nèi)蒙古大學出版社，2022.

LIU X D. Research and application of comprehensive risk investigation and evaluation zoning technology of lightning disaster in Inner Mongolia［M］. Hohhot： Inner Mongolian University Press，2022.

［32］"nbsp;"" NB/T 31039—2012， 風力發(fā)電機組雷電防護系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.

NB/T 31039—2012， Technical specification for lightning protection system of wind turbine［S］.

ANALYSIS OF A LIGHTNING DISASTER PROCESS OF

WIND TURBINE

Feng Xuyu1-3，Liu Xiaodong1，2，Shi Rulin2

（1. Inner Mongolia Meteorological Institute， Hohhot 010051， China；

2. Inner Mongolia Lightning Warning amp; Protection Center， Hohhot 010051 ， China；

3. College of Computer and Information Engineering of Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot 010051， China）

Abstract：Based on one lightning disaster process of the wind turbine， this study identified the disaster-causing process indicators by analyzing the related atmospheric circulation and energy， environmental temperature and humidity， thermal and dynamic stability， as well as the combined reflectivity of thunderstorm clouds， cloud top temperature， phase microphysical conditions， lightning current intensity， residual magnetic field strength， and other electrical processes. The results show that this lightning disaster was classified as a major lightning disaster accident. The average intensity of its associated radar echo combined reflectivity， cloud top temperature and phase state， and lightning current amplitude during the thunderstorm process were all moderate. All of the K index， vertical gradients of temperature and potential temperature between 500 and 800 hPa， total index TT， and mid-level vertical wind shear were exhibited good indications of the disaster process. Finally， with the help of residual magnetic test and lightning melt investigation， the cause of the fire of the cabin cover was recognized. Therefore， it is of great significance to strengthen non-engineering lightning protection measures such as lightning monitoring and early warning and risk assessment in wind farms.

Keywords：wind turbines； lightning； disaster； early warning； risk； satellite