旋转状态下风机叶片雷击接闪特性的实验研究

风机雷击事故频发,严重威胁风电场正常运行。现场观测数据表明,旋转风机更易遭受雷击。对此该文设计1:30缩比可旋转3MW风机模型,模拟真实风机旋转叶尖线速度,使用正负极性标准操作波,利用长间隙放电模拟真实雷电,开展旋转状态下风机叶片防雷装置接闪特性研究。实验结果表明,旋转会对接闪过程中叶片接闪点分布与接闪后放电通道产生影响,放电具有明显的极性效应。旋转使得正极性放电下叶片接闪器拦截效率下降;对负极性影响较小。正极性放电更易击中远离叶尖部位。成功接闪后,接闪点附近放电通道因叶片旋转发生偏移,产生"拉弧"现象,造成叶片损伤,并与实际风机受损情况相对应。所得结果为风机叶片防雷优化设计提供参考。     

考虑空间电荷分布的旋转风机叶尖电晕放电特性

雷击灾害严重威胁风电机组的稳定运行，目前尚缺乏针对旋转风机叶尖电晕特性的研究。为此，搭建了缩比旋转风机叶尖电晕观测实验平台，开展了风机叶尖的电晕模拟实验，分析了正负雷电极性下旋转叶尖的电晕平均电流、放电重复率以及占空比等电晕特征量，获得了正、负雷电极性下旋转风机的叶尖电晕放电特性；同时，建立了叶尖电晕的流体-等离子体化学混合的数值模型，从微观角度研究了不同极性叶尖电晕演化的差异。分析结果表明：与静止风机的电晕随机脉冲模式相比，旋转风机的叶尖电晕呈周期性间隔放电簇模式，且随着转速增加，电晕放电电流和重复率呈上升趋势；风机叶尖的正负电晕具有明显的极性效应，对叶尖正负电晕放电图谱进行分析发现，相较于正电晕呈分离特征明显的间隔放电簇模式，负电晕呈间隔的放电簇与连续的微弱放电叠加的模式。所得结论可以为旋转风机雷击防护技术提供理论依据。