风机回击电磁场波形特征及辐射增强效应研究

雷电对风电机组安全运行造成严重威胁。基于雷电回击工程模型,结合偶极子辐射理论,建立了风机回击电磁场计算模型,仿真分析了风机回击电磁场波形特征及电场强度变化规律。相比平地雷击,风机雷击的回击电磁场波形明显不同:存在明显的初始尖峰,且达到初始峰值后迅速衰减,波形存在震荡。目前雷电定位系统不能正确识别此类波形,将高估回击电流峰值,以50 km处垂直电场为例,预计雷电定位系统反演的回击电流可能为实际的3倍以上。计算不同距离处的静电场、感应场和辐射场分量后,发现电场增强的原因在于辐射场分量的明显增强;对电场增强效应的细致分析表明此效应对回击工程模型不敏感,说明辐射增强主要是由于回击电流波在风机本体上传播和反射叠加导致的;电磁场增强效应随观察点距离增加逐渐增强并趋于稳定,在目前我国风机普遍100～200 m高度情况下,电磁场增强可能达到3倍。此研究结论对指导风电机组的雷击防护,提升风电场区域地闪监测水平具有重要参考价值。     

风电机组雷击损伤分析与防护

随着风电建设的迅猛发展,单台风机设备更加大型化,雷击对风电机组的安全运行和经济效益影响也日益突出。实地调研分析国内某运行风场风机各个部件和系统遭雷击损害情况历史数据,研究分析风电机组雷击损害机理,结合实际生产运行提出防雷的有效应对措施,对风电场的生产运行及风机设备的生产有一定的借鉴意义。     

雷电脉冲电磁场对电站敏感设备的电磁干扰

为研究雷电脉冲电磁场对电站敏感设备的干扰情况,研究了雷击大地时近场和远场区脉冲电磁场特性,对比分析了不同回击模型的计算结果;提取雷电脉冲电磁场中的有效干扰分量,与标准规定的电磁兼容阈值进行比较。考虑到设备外壳及墙体的屏蔽效能,结合广东地区雷电活动统计规律,分析了不同距离和通道电流下发生雷击地面时的电磁干扰情况以及发生故障的概率。结果表明,在20 dB屏蔽效能下,距离敏感设备中心300 m外区域发生雷击时,雷电流幅值150 kA时才可能导致设备外壳端口的电磁干扰超标;考虑距离电站200 km范围内的所有雷电情况,20 dB屏蔽效能下站内敏感设备发生雷电电磁干扰的总电磁干扰超标概率为0.006次/a;40 dB屏蔽效能下的超标概率为2.2×10-5次/a。     

风机气象站防雷的探索与应用

通过对风力发电机组防雷系统的雷电防护区域划分,分析风机气象站遭受雷击的风险以及雷击产生的危害,提出利用具有等效隔离功能的HVI耐高压绝缘引下线解决风机气象站防雷的具体方法,以保证风机机舱内设备的安全可靠运行。     

风机叶片雷击附着区域数值仿真及防护

风机叶片的雷电防护是风机安全运行的一个重要因素。为了研究风机叶片的雷击附着规律,通过对"云-地"线状雷电先导发展机理的分析,提出了一种基于静电场仿真分析的方法来确定雷击初始附着区域。建立了风机叶片以及下行先导的全尺寸模型,采取有限元法,运用3维电磁场仿真软件分析了雷电先导在风机叶片上的附着特点,优化了接闪器的布置方式,进而分析了叶片接闪器数量、大小对拦截效果的影响,并得出了叶片旋转过程中不同角度的雷击概率特点。研究结果表明:风机叶片叶尖位置雷击概率较高,接闪器布置应尽量靠近叶尖;当单个接闪器横截面积符合IEC 61400-24:2010标准规定的最小值50 mm2时,拦截效果最佳;增大接闪器横截面积及增加接闪器数量对于提高接闪器的拦截效果有限;叶片旋转角α小于45°时,易遭遇雷击,随着叶片旋转角增大,雷击概率逐渐降低,当α等于60°时,雷击概率降至最低。该研究结果可为进一步研究风机遭遇雷电时的电磁辐射特性提供依据。     

雷击暂态下高层智能建筑电磁场环境研究

利用贵州省闪电统计特征参量数据、仿真模型实测参数,采用CDEGS电磁场分析软件,建立雷击暂态下高层智能建筑三维数值模型。提出在高层智能建筑防雷电磁兼容设计时,可以参考模拟地电位分布及电磁场分布特征,对智能通信设备、控制设备、计算机系统等进行合理布置,减少雷击电磁波和过电压对电子设备和人体产生危害。     

雷击碳纤维叶片的表面场强分布与附着特性研究

风电场中使用碳纤维叶片的风机正在逐年增多,为了研究碳纤维应用在风机叶片时的雷击附着特性,文中建立了碳纤维和玻/碳纤维混合风机叶片的三维电磁场仿真模型,基于有限积分法和理想边界拟合技术,通过计算不同材料叶片表面场强分布,分析了下行先导位置和叶片材料影响雷击附着特性的原因,研判了接闪器对碳纤维叶片的保护能力.研究结果表明:...     

海上风机一体化电磁暂态模型与雷电暂态过电压研究

为了减小雷击海上风机引发暂态过电压的故障率,需要准确地分析海上风机暂态过电压的影响因素及响应规律。结合海洋接地环境及风机桨叶转动特性,利用电磁场数值计算的方法,建立了一种新型的海上风机一体化电磁暂态模型;利用ATP-EMTP对海上风机进行仿真分析,研究了海水深度、桨叶长度和塔筒高度、雷电流参数、雷击点和桨叶位置对机舱处雷电暂态过电压的影响,并利用波过程理论分析其原因。仿真结果表明,由于雷电流在风机上存在折反射现象,使得机舱处暂态电压存在明显振荡特性;所提影响因素会对暂态电压的峰值和振荡频率产生不同程度的影响。     

风力发电机叶片雷击接闪特性研究综述

风力发电已成为全球领域推荐能源转型的核心技术和应对气候变化的重要途径。雷击是造成风力发电机损坏的主要原因之一。由于风电机结构和机组位置的特殊性,其雷击特性和防护措施与普通雷击目标物具有明显差异。该文对近年来风电场雷击自然观测、雷击风机模拟试验、雷击风机接闪过程数值计算以及接闪失效和系统优化设计等方面的研究前沿进展进行了总结和分析。主要结论为:1)由于风机尺寸越来越大,风力发电机雷击风险与上行先导关系更紧密,不同极性的雷电引发风机上行先导能力存在差异,进而影响到风机的接闪特性。2)由于风机长时间处于旋转状态,叶片旋转会影响风力发电机的引雷能力和接闪位置,但目前研究对旋转影响风机接闪放电过程机理的阐释仍未完善。3)风机数量、安装位置、外部环境等对风电机组雷击风险有较大影响,风电机组群多先导相互竞争的接闪机制以及雷击风险评估方法还有待深入研究。4)目前叶片接闪系统设计简单,设计未能充分考虑风力发电机实际接闪过程和雷击机理,接闪系统的科学性有待进一步论证。     

雷击碳纤维叶片的表面场强分布与附着特性研究北大核心CSCD

风电场中使用碳纤维叶片的风机正在逐年增多,为了研究碳纤维应用在风机叶片时的雷击附着特性,文中建立了碳纤维和玻/碳纤维混合风机叶片的三维电磁场仿真模型,基于有限积分法和理想边界拟合技术,通过计算不同材料叶片表面场强分布,分析了下行先导位置和叶片材料影响雷击附着特性的原因,研判了接闪器对碳纤维叶片的保护能力。研究结果表明:全碳纤维叶片表面场强分布特性与玻璃纤维叶片相似,但更早且更易产生上行先导;玻/碳纤维混合叶片表面场强分布受材料特性影响呈明显的差异化分布,碳纤维部分较玻璃纤维部分更易受雷击;下行先导的位置对叶片表面场强分布的影响与材料特性相关;雷击附着特性分析显示传统叶片接闪器对碳纤维叶片的保护能力有限。     

基于电磁场计算的输电线路无人机巡检安全

随着电网规模的不断扩大,无人机作为一种安全稳定高效的设备已逐步被应用于对输电线路的巡检中。同时,如何提升巡检作业的可靠性,保障无人机及线路的安全,成为重要的研究课题。首先利用Ansoft Maxwell电磁场仿真软件计算输电线路周围电磁场强度;进而以某中型电力巡线无人机为例,分析其可承受电磁场强度的范围;并在此基础上提出无人机巡检安全飞行距离确定方法,给出安全距离计算公式。利用该公式计算出某中型电力巡线无人机对500 k V交流输电线路巡检的安全距离。输电线路无人机巡检安全飞行区域的确定能够提高无人机电力巡线作业的可靠性和安全性,对保证人身、电网和设备的安全具有重要意义。     

雷击变电站建筑物时室内暂态磁场环境分析

为了分析内部地网的设置对雷击建筑物时室内弱电设备的影响规律,优化弱电设备的布置,介绍了利用电力系统电磁分析软件CDEGS建立浙江某110 kV变电站的仿真模型,分析了变电站建筑物内磁场强度的空间分布规律。计算结果表明,发生雷击时,添加二次地网前后建筑物内电磁场分布均成U形,靠近建筑物室内四周的磁场强度最大,且当建筑物存在内部地网时,空间电磁场对弱电设备信号线影响将随埋设深度发生变化。     

基于无线传感器网络的电网防雷技术

近年来,因雷击引起的电网故障发生率较高,各类防雷装置受成本和保护范围的限制,不可能在线路全线使用。研究了一种基于无线传感器网络的电网雷击实时监测与分析系统,根据线路的具体情况布置无线传感器节点,实时采集前端避雷器状态数据、雷击时的各种实时雷电参数,通过传感器网络多跳传送至主控监测中心,使后方人员能实时了解电网防雷设备的运行状况,及时分析雷击的形式和故障地点,为准确判断输电线路雷害成因提供证据。     

风电场集电线路防雷保护的研究

风能是一种可再生的清洁能源,大力发展清洁能源是世界各国的战略选择。雷害长期困扰电网,近年来呈逐年加剧之势。线路频繁遭受雷击,不仅影响风机和电气设备正常运行,而且危及电网安全。本文以投运风电场线路雷击记录为样本,分析了各个风机避雷器动作频次与地形地貌、不同季节、线路相别的相关性,探讨雷电天气断路器跳闸原因和集电线路雷电过电压类型。提出了适合风电场集电线路的避雷措施,并给出意见和建议。     

张北风电场雷击风机光电同步观测

开展风电场自然雷击多参量同步观测，获取雷击风机发展连接过程的光学、电磁场同步数据，对于深入分析风电场风机雷击特征规律、深化风机雷击物理过程的认识和风机的雷电防护都具有重要科学意义。因此，利用高速相机和磁场测量系统获得了张北风电场雷击风机自然观测数据。基于磁场、光学和雷电定位系统数据分析可知，张北风电场内雷击风机的闪电表现出多回击特征，平均回击次数为8次。回击时间间隔的算术平均值和几何平均值分别为63.38 ms和45.06 ms。高速相机记录了一次含11次回击的完整过程，在11次回击中有3次回击伴随有持续时间大于10 ms的短连续电流过程，有2次回击伴随有持续时间在3～10 ms之间的极短连续电流过程。回击电流幅值为3.8～62.9 kA之间，电流峰值的中位值为19.2 kA。磁场波形表现为微秒级的快速变化，磁场的10%～90%的上升时间处于0.6～2.2 μs区间，算术平均值和几何平均值分别为1.1 μs和1.0 μs。半峰宽度处于1.2～6.3 μs之间，算术平均值和几何平均值分别为3.4 μs和3.3 μs。回击的磁场峰值和回击峰值电流之间呈明显的线性关系。     

雷电下转动风机叶片接闪特性模拟试验研究

风力发电机在遭受雷击时叶片一般处于转动状态,而叶片转动对其雷击接闪特性的影响尚不明确。为探究转动风机的叶片雷击接闪特性,设计了可控转速的1:30缩比2 MW风机模型与适合试验的弧面电极,采用标准负极性操作波,制作了2种类型的叶尖接闪器,开展了1 m间隙时不同转速下的大量接闪试验。试验结果表明,在1 m间隙下,无论叶尖是接闪帽还是接闪盘配置,间隙击穿电压均随着转速的提升而升高,而风机静止时击穿电压会随接闪叶片角度增大而升高。分析认为,叶片旋转会导致叶尖区域积聚的正离子浓度降低,抑制了上行先导的发展,从而提升了击穿电压。根据试验结果推断,在此工况下风机旋转会降低其引雷能力。试验结果对风机的防雷设计具有参考意义。     

防范引风机执行器遭雷击的技术方案

引风机静叶电动执行器遭雷击后的状态变化,将导致设备失控引起锅炉燃烧状态恶化.采用防范雷击技术方案后,当引风机静叶执行机构的反馈板因雷击损坏时,在风烟系统控制画面上会出现报警信息,静叶控制切为手动控制稳定即时状态,然后由运行人员作适当处理.     

家用电器、电动工具和类似器具的抗扰度试验标准概述(二)

4IEC61000－4—5（GB/T17626．5）浪涌的拉拢度试验41浪涌的起因①雷击（主要模拟间接香）：如雷电击中户外线路,有大量电流流入外部线路或接地电阻,因而产生的干扰电压;又如间接雷击（如云层间或云层内的雷击）在线路上感应出的电压或电流;再如雷电击中了邻近物体,在其周围建立了电磁场,当户外线路穿过电磁场时,在线路上感应出了电压和电流;还如雷电击中了附近的地面,地电流通过公共接地系统时所引人的干扰。②切换瞬变：如主电源系统切换时（例如补偿电容组的切换）产生的干扰;又如同一电网中,在靠近设备附近有一些较大型的…     

雷击风机叶片的跃变击距特性与定量表征

风机叶片对雷电的接闪是风机防雷研究中的关键内容,合理分析接闪时的击距特性意义重大。基于雷击过程的物理机制,将雷击发生时上、下行先导头部间的距离定义为跃变击距,并分析了多上行先导竞争对风机接闪和跃变击距的影响。基于先导起始和发展理论,根据下行先导的等效模型和稳定上行先导的判定方法建立了风机叶片接闪模型,利用该模型得到了随雷电流幅值变化的跃变击距公式,指出侧面距离等参数对跃变击距没有影响,实验和观测结果证明了模型的正确性。最后利用接闪模型提出了考虑稳定上行先导对周围电场畸变作用的对地击距公式,与其他学者计算的结果进行对比指出,现有对地击距公式或不适用于风机背景的防雷计算。     

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。