風(fēng)電場(chǎng)典型過(guò)電壓分析及抑制措施研究.pdf

1、近年來(lái)，風(fēng)電場(chǎng)的大量興建引發(fā)人們對(duì)風(fēng)電機(jī)組安全問(wèn)題的廣泛關(guān)注，在風(fēng)電場(chǎng)眾多的安全影響因素中，過(guò)電壓的危害是一個(gè)重要方面，風(fēng)電場(chǎng)中典型過(guò)電壓分為雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓。雷電擊中風(fēng)電機(jī)組后，經(jīng)葉片、機(jī)艙、塔筒和接地系統(tǒng)將雷電流引入大地這一暫態(tài)過(guò)程中，快速變化的雷電流會(huì)產(chǎn)生快速變化的磁場(chǎng)，而塔筒、信號(hào)電纜屏蔽層和信號(hào)電纜芯線間存在耦合電容和互感，在這種暫態(tài)磁場(chǎng)作用下信號(hào)電纜上會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)過(guò)電壓，將嚴(yán)重影響機(jī)組控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。除此之外，

2、風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)中真空斷路器進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作時(shí)可能會(huì)在斷路器斷口間產(chǎn)生多次預(yù)擊穿和重燃現(xiàn)象，形成幅值和頻率極高的暫態(tài)過(guò)電壓，嚴(yán)重威脅集電系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的安全運(yùn)行。
　　本文為探明風(fēng)電場(chǎng)典型過(guò)電壓形成機(jī)制，運(yùn)用電磁暫態(tài)仿真軟件 EMTP/ATP搭建了風(fēng)電機(jī)組雷擊下的一體波阻抗仿真模型以及考慮真空斷路器合閘預(yù)擊穿和分閘重燃的風(fēng)電場(chǎng)操作過(guò)電壓仿真模型，針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)存在的典型過(guò)電壓進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真，總結(jié)了該類過(guò)電壓具有的電氣特性以及風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)關(guān)鍵因素對(duì)

3、其影響規(guī)律，最后提出了相關(guān)抑制措施并進(jìn)行了定量計(jì)算。本論文的研究工作主要由以下幾個(gè)方面構(gòu)成：
　?、俅罱L(fēng)電機(jī)組主要部件的暫態(tài)分析模型，包括葉片、機(jī)艙、塔筒、信號(hào)電纜、電力電纜和接地系統(tǒng)，并計(jì)算各部件的電氣參數(shù)，同時(shí)考慮塔筒、信號(hào)電纜屏蔽層、信號(hào)電纜芯線間的靜電感應(yīng)分量和電磁感應(yīng)分量，接地系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)采用多導(dǎo)體π型電路進(jìn)行等效，從而建立風(fēng)電機(jī)組雷擊下的一體波阻抗模型。
　　②基于一體波阻抗暫態(tài)分析模型，分析信號(hào)電纜過(guò)電壓

4、產(chǎn)生的原因并討論了電纜屏蔽層、土壤電阻率、雷電流波形3種因素對(duì)過(guò)電壓水平的影響，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了過(guò)電壓抑制措施的研究，驗(yàn)證了信號(hào)電纜外屏蔽層雙端接地和電纜加裝浪涌保護(hù)器(SPD)對(duì)于抑制其過(guò)電壓的有效性。
　　③基于風(fēng)電場(chǎng)中真空斷路器的實(shí)際參數(shù)，結(jié)合EMTP/ATP在MODELS模塊中利用Fortran語(yǔ)言對(duì)真空斷路器編寫(xiě)控制程序，建立其合閘預(yù)擊穿和電弧重燃模塊。此外對(duì)比不同的線路模型，選擇合適的模型對(duì)電纜進(jìn)行建模。對(duì)現(xiàn)有變壓器模

5、型進(jìn)行了合理的改進(jìn)，建立變壓器的高頻模型。然后在此基礎(chǔ)上搭建典型風(fēng)電場(chǎng)操作過(guò)電壓仿真模型，驗(yàn)證了本文建立的真空斷路器模型在風(fēng)電場(chǎng)過(guò)電壓分析中的有效性，綜合分析合閘初相角、饋線長(zhǎng)度和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)過(guò)電壓水平的影響，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了操作過(guò)電壓抑制措施的研究。
　　綜合上述研究可得出：
　　雷電過(guò)電壓方面：風(fēng)電機(jī)組屏蔽層對(duì)電纜上產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓有抑制作用，雙層結(jié)構(gòu)效果較明顯。信號(hào)電纜頂端或者末端由于有較高的過(guò)電壓，更

6、易遭受絕緣擊穿進(jìn)而影響風(fēng)電機(jī)組的可靠運(yùn)行。土壤電阻率越大，塔基電位越高，但是塔筒同一位置處的電纜芯線與屏蔽層間電位差隨土壤電阻率的增大而小幅減小。雷電流波形對(duì)過(guò)電壓的影響較大，波形越陡，塔筒、電纜屏蔽層和芯線間的電位差越大。電纜外屏蔽層雙端接地和電纜頂端加裝SPD能夠有效降低電纜上的過(guò)電壓水平至電纜耐受電壓以下。
　　操作過(guò)電壓方面：過(guò)電壓幅值與合閘初相角近似呈現(xiàn)正弦關(guān)系，當(dāng)合閘初相角在電源峰值左右時(shí)的過(guò)電壓值最大。在同一條饋線上