風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雷電暫態(tài)效應(yīng)的研究.pdf

1、隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量和風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的增大，風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行問(wèn)題日益受到重視。雷擊是影響風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行的主要因素之一。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊時(shí)，巨大的雷電流通常由機(jī)組的槳葉葉尖注入，沿槳葉內(nèi)置導(dǎo)體注入葉尖根部，再經(jīng)滑環(huán)、電刷或放電器等環(huán)節(jié)流過(guò)主軸和機(jī)艙導(dǎo)流路徑進(jìn)入塔筒頂部，由塔筒將雷電流導(dǎo)入接地裝置并最終散入大地。在此暫態(tài)過(guò)程中，由于接地電阻的存在，地電位將被抬高，有可能對(duì)設(shè)備造成反擊。同時(shí)，雷電流將在塔筒內(nèi)部空間產(chǎn)生電磁場(chǎng)，通過(guò)輻射、

2、感應(yīng)和耦合等方式在塔內(nèi)的信號(hào)線與電力線上以及機(jī)組控制系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生干擾和電涌過(guò)電壓，損壞電力電子設(shè)備，對(duì)機(jī)組的安全可靠運(yùn)行產(chǎn)生威脅。因此，本文旨在對(duì)風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊情況下的暫態(tài)特性進(jìn)行仿真分析，以期為機(jī)組的防雷保護(hù)提供可信的設(shè)計(jì)依據(jù)，從而降低機(jī)組的雷害損失。
　　 本文根據(jù)雷電流的流動(dòng)路徑，建立了包括雷擊、槳葉、機(jī)艙、塔筒及接地裝置在內(nèi)的一體化的風(fēng)電機(jī)組暫態(tài)電路模型，計(jì)算了電路中的電阻、電感、電容、電導(dǎo)(R、L、C、G)參數(shù)，將風(fēng)電

3、機(jī)組等效為由一系列π型電路組成的電網(wǎng)絡(luò)，雷擊被視為注入此電網(wǎng)絡(luò)的電流源。通過(guò)對(duì)機(jī)組電路方程的求解便可得到機(jī)組受直接雷擊時(shí)的暫態(tài)響應(yīng)。文中考慮了土壤電離的非線性特征，將土壤電離的作用等效為接地導(dǎo)體尺寸的增加，在計(jì)算過(guò)程中根據(jù)土壤電離情況修正接地導(dǎo)體的電路參數(shù)，動(dòng)態(tài)地求解電路響應(yīng)。分別提出了計(jì)算理想大地情況下常參數(shù)電路的暫態(tài)響應(yīng)和非理想大地條件下頻變參數(shù)電路的有效方法。論文考察了雷電流波形、耦合參數(shù)、計(jì)算步長(zhǎng)、分段方式、雷擊方式和接地裝置參

4、數(shù)等因素對(duì)暫態(tài)響應(yīng)的影響，設(shè)計(jì)了對(duì)實(shí)際風(fēng)機(jī)按比例縮小模型的雷擊試驗(yàn)。
　　 根據(jù)計(jì)算得到的塔筒上的暫態(tài)電流分布，采用偶極子法求解麥克斯韋方程，推導(dǎo)了塔筒內(nèi)部空間任意點(diǎn)處的電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布的時(shí)域計(jì)算公式，通過(guò)對(duì)時(shí)間和空間的離散化處理，得到了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的數(shù)值解法；分析了雷電流波形、雷電流注入方式等因素對(duì)電磁場(chǎng)的影響，根據(jù)電磁感應(yīng)定律計(jì)算了回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
　　 以塔內(nèi)空間的電磁場(chǎng)作為入射場(chǎng)，用暫態(tài)等值電路法求解傳輸線方程，對(duì)電

5、纜屏蔽層上的感應(yīng)電壓和電流進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。根據(jù)電路理論利用轉(zhuǎn)移阻抗計(jì)算了電纜芯線上的差模感應(yīng)電涌過(guò)電壓，并考察了電纜屏蔽層在塔底長(zhǎng)距離路徑上的單端與兩端接地方式、電纜轉(zhuǎn)移阻抗、雷電流波形及電纜敷設(shè)方式對(duì)過(guò)電壓的影響。文中的計(jì)算結(jié)果和分析結(jié)論為實(shí)際風(fēng)電機(jī)組的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)提供了很好的參考依據(jù)，根據(jù)文中所建立的模型及相應(yīng)的求解方法，研究者可對(duì)不同的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行暫態(tài)分析，并對(duì)敏感設(shè)備、元件、電纜等采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。更進(jìn)一步，在本論文的指導(dǎo)下，