雷擊海上風機高頻電磁暫態(tài)效應研究.pdf

1、在能源問題日益嚴峻的形勢下，風能逐步成為當今世界上發(fā)展最為迅速、應用最為廣泛的可再生能源。風電機組作為風能資源開發(fā)利用的直接載體，由于其自身容量的增加和風電場的規(guī)模化和海洋化，風電機組自身和整體風電場的安全穩(wěn)定運行日益成為風能資源發(fā)展面臨的重要問題。
　　雷電由于其強能量、高電壓、大電流、高頻率的特性，會對風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電機組單機容量的提升，風機整體高度的增加，使其自身的引雷能力大大提高

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

3、現(xiàn)象的存在，有可能對設備造成反擊或絕緣破壞;另一方面，將在風電機組的塔筒內部產生瞬態(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)內產生電磁干擾，進而威脅到風電機組的安全穩(wěn)定運行。
　　本文首先結合海洋接地環(huán)境的分層特性，建立了海上風機接地電阻模型，提出了海上風機接地電阻數(shù)值計算方法i本文根據(jù)海上風機槳葉旋轉特性，建立了考慮葉片旋轉因素的槳葉波阻抗模型，并利用圓錐天線理論推導了塔體波阻抗數(shù)值計算公式，進而提出了海上風機雷擊暫

4、態(tài)一體化模型。在研究雷電特性的基礎上，本文選取了合適的雷電流模型，并利用軟件ATP-EMTP搭建海上風機雷擊暫態(tài)一體化模型，模擬雷電擊中風機后的波過程，并探討了各類影響因素（如雷擊點位置、槳葉旋轉位置、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。以風電機組塔筒內部電磁場為研究對象，通過對風機塔體部分利用基于有限元方法的Ansoft Maxwell軟件對海上風電機組的塔筒進行建模、仿真，計算了海上風機周圍空間電磁場。對比分