全球化石能源日益枯竭,开发清洁能源以实现人类社会的可持续发展,已成为当今世界各国面临的重要挑战。风能作为清洁能源的重要组成部分,风力发电技术正处于突飞猛进的发展期。随着风力发电机组单机容量和风电场规模的增大,风电场的安全运行问题日益受到重视,雷击是影响风电机组安全运行的主要因素之一。风电场遭受雷击时,雷电流通常由风力机桨叶叶尖和集电架空线路注入。由桨叶叶尖注入的雷电流经叶片内置导体、塔筒导入接地装置,由集电架空线路注入的雷电流会沿线路向集电电缆、箱变方向侵入,最终经箱变两侧避雷器导入接地装置。在此暂态过程中,雷电流的电磁效应和热效应会对风力机集电系统、控制系统构成威胁。本文旨在对风力机叶尖、集电架空线路遭受雷击情况下的暂态响应特性进行仿真分析,暂态响应主要包括电压响应、电流响应以及避雷器吸收能量,以期为风电场的防雷保护提供可信的设计依据,从而降低雷害损失。首先根据电网络理论,将叶片、塔筒、信号电缆、电力电缆、风力机接地装置的物理模型转化为R、L、C电气模型,推导R、L、C参数的计算方法;然后根据某风电场设备的主要技术参数,利用ATP/EMTP软件搭建了包含电力电缆、箱变、避雷器、塔筒-信号电缆以及架空集电线路在内的风电场仿真模型;最后分析了不同因素对风电场内重要设备雷电暂态响应特性的影响,并提出了几种切实可行的防雷措施。研究结果表明,雷电流沿架空线路侵入时,风力机群拓扑联合方式对集电系统雷电暂态响应特性的影响较大,星形拓扑联合风力机群的暂态响应水平较低;集电系统主要设备的暂态电压响应随雷电流波头时间的增大而减小;同幅值下的绕击雷引起的暂态响应比感应雷引起的暂态响应强烈。雷电流沿风力机叶片侵入时,塔基电位升与接地电阻成正比、与波头时间成反比,公共接地有利于降低塔基电位;塔筒内部信号电缆芯-皮电位差呈“U”型分布,其大小受接地电阻的影响较小、受波头时间的影响较大;箱变低压侧避雷器上的放电电流随接地电阻的增大而增大、随波头时间的增大而减小。线路避雷器保护和电缆保护均可显著降低集电系统内部设备的雷电暂态响应。塔筒内部信号电缆采用浪涌保护器的级间配合保护可显著削弱信号电缆上的过电压,风力机接地装置的接地电阻越小,集电系统内部设备的发生反击事故的几率越低。研究结果可为风电场的防雷保护提供技术参考,具有重要的工程应用价值。