雷擊海上風(fēng)機(jī)高頻電磁暫態(tài)效應(yīng)研究.pdf

1、在能源問題日益嚴(yán)峻的形勢下，風(fēng)能逐步成為當(dāng)今世界上發(fā)展最為迅速、應(yīng)用最為廣泛的可再生能源。風(fēng)電機(jī)組作為風(fēng)能資源開發(fā)利用的直接載體，由于其自身容量的增加和風(fēng)電場的規(guī)?；秃Ｑ蠡?，風(fēng)電機(jī)組自身和整體風(fēng)電場的安全穩(wěn)定運(yùn)行日益成為風(fēng)能資源發(fā)展面臨的重要問題。
　　雷電由于其強(qiáng)能量、高電壓、大電流、高頻率的特性，會對風(fēng)電的有效利用和安全開發(fā)造成極大的威脅。特別是目前伴隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的提升，風(fēng)機(jī)整體高度的增加，使其自身的引雷能力大大提高

2、;另一方面，在海上風(fēng)能大力開發(fā)的背景下，風(fēng)機(jī)運(yùn)行工作的環(huán)境日益惡劣，海洋大氣環(huán)境潮濕多雨，雷暴現(xiàn)象相當(dāng)頻繁，也加大了風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊的概率。在風(fēng)電機(jī)組遭受到雷電襲擊時，攜帶巨大能量的雷電流一般會在機(jī)組的槳葉頂端的接閃器（或機(jī)艙尾部的避雷針）注入，由槳葉內(nèi)部設(shè)置的金屬導(dǎo)體引流，再經(jīng)機(jī)艙的導(dǎo)流路徑進(jìn)入塔體頂端，經(jīng)過塔體進(jìn)入風(fēng)機(jī)的接地裝置，最終泄流入大地。雷電流在整個風(fēng)機(jī)上向下泄流的暫態(tài)過程中，一方面會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)各部位暫態(tài)電位發(fā)生變化，電位躍升

3、現(xiàn)象的存在，有可能對設(shè)備造成反擊或絕緣破壞;另一方面，將在風(fēng)電機(jī)組的塔筒內(nèi)部產(chǎn)生瞬態(tài)變化的電磁場，可能會對電力、信號線路和電子、控制系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生電磁干擾，進(jìn)而威脅到風(fēng)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
　　本文首先結(jié)合海洋接地環(huán)境的分層特性，建立了海上風(fēng)機(jī)接地電阻模型，提出了海上風(fēng)機(jī)接地電阻數(shù)值計(jì)算方法i本文根據(jù)海上風(fēng)機(jī)槳葉旋轉(zhuǎn)特性，建立了考慮葉片旋轉(zhuǎn)因素的槳葉波阻抗模型，并利用圓錐天線理論推導(dǎo)了塔體波阻抗數(shù)值計(jì)算公式，進(jìn)而提出了海上風(fēng)機(jī)雷擊暫

4、態(tài)一體化模型。在研究雷電特性的基礎(chǔ)上，本文選取了合適的雷電流模型，并利用軟件ATP-EMTP搭建海上風(fēng)機(jī)雷擊暫態(tài)一體化模型，模擬雷電擊中風(fēng)機(jī)后的波過程，并探討了各類影響因素（如雷擊點(diǎn)位置、槳葉旋轉(zhuǎn)位置、槳葉長度、塔體高度、雷電流參數(shù)等）對雷電暫態(tài)過程的影響規(guī)律。以風(fēng)電機(jī)組塔筒內(nèi)部電磁場為研究對象，通過對風(fēng)機(jī)塔體部分利用基于有限元方法的Ansoft Maxwell軟件對海上風(fēng)電機(jī)組的塔筒進(jìn)行建模、仿真，計(jì)算了海上風(fēng)機(jī)周圍空間電磁場。對比分