风机接地系统雷击暂态特性分析

良好的风机接地系统对于风电机组的雷电防护至关重要,必须详细研究风机接地系统的雷击暂态特性。利用EMTP软件建立风机叶片、塔筒和接地系统模型,考虑雷电流冲击作用下接地体的散流特性和火花效应,分析地网暂态电位变化规律。讨论土壤电阻率、地网尺寸、地网形状对接地系统雷击暂态电位的影响,分析引外接地对于降低暂态电位的效果。分析结果表明:冲击电流引起的火花效应能够降低接地系统的冲击接地电阻;地网中心暂态电位随着土壤电阻率的增大而增加;地网尺寸越大、边数越多,接地系统雷击暂态电位越小,但是暂态电位下降幅度越来越缓;引外接地能够有效降低冲击接地电阻,但引外接地长度不应超过有效长度。地网尺寸、规模并非越大越好,进行风机地网设计需要选取恰当型式。     

风机接地系统雷击暂态特性分析

良好的风机接地系统对于风电机组的雷电防护至关重要,必须详细研究风机接地系统的雷击暂态特性。利用EMTP软件建立风机叶片、塔筒和接地系统模型,考虑雷电流冲击作用下接地体的散流特性和火花效应,分析地网暂态电位变化规律。讨论土壤电阻率、地网尺寸、地网形状对接地系统雷击暂态电位的影响,分析引外接地对于降低暂态电位的效果。分析结果表明:冲击电流引起的火花效应能够降低接地系统的冲击接地电阻;地网中心暂态电位随着土壤电阻率的增大而增加;地网尺寸越大、边数越多,接地系统雷击暂态电位越小,但是暂态电位下降幅度越来越缓;引外接地能够有效降低冲击接地电阻,但引外接地长度不应超过有效长度。地网尺寸、规模并非越大越好,进行风机地网设计需要选取恰当型式。     

光伏组件与阵列接地系统雷击暂态特性分析

光伏组件与阵列的接地系统对于光伏发电系统的雷电防护至关重要,有必要详细研究接地系统在雷电作用下的暂态特性.通过EMTP软件建立光伏组件支架和地网模型,计算光伏组件支架雷击暂态过电压,讨论合适的垂直接地体与水平地网连接方式.分析光伏阵列采用组件地网互连方式时,光伏组件地网合适间距及其受土壤电阻率和雷电流波头时间的影响.研究结果表明:光伏组件遭受雷击后,组件框架和接地支架上会产生幅值较高的暂态过电压,且过电压波形振荡较为明显;垂直接地体与水平地网侧边连接、中心连接和边角连接三种方式中,侧边连接较为合适,降压效果最为明显;光伏组件地网水平间距越大,采用互连接地方式的光伏阵列地网中心电位越低,但组件地网适宜间距受土壤电阻率和雷电流波头时间影响,适宜间距随着土壤电阻率和波头时间的增加而增大.光伏阵列地网设计需要考虑当地土壤电阻率和雷电流波形参数的影响.     

海洋环境对海上风场接地系统雷击暂态特性影响研究

海上风力发电产业的蓬勃发展面临日益严重的雷电灾害威胁,为有效指导海上风电机组的雷电防护研究,需要研究海洋环境对海上风场接地系统雷击特性的影响。利用PSCAD软件搭建简化海上风场模型,讨论海洋土壤分层环境下上层海水深度和下层土壤电阻率对风机接地系统雷击暂态响应的影响,分析增加接地体长度对于降低暂态过电压的效果。仿真结果表明:风机遭受雷击后,浪涌会传播至其他相连风机,距离雷击点越远的风机,塔底暂态电位幅值越低。下层海床土壤电阻率越大,风机塔底暂态电位幅值越高。上层海水深度越大,风机塔底暂态电位幅值越小。上层海水电阻率固定时,风机塔底暂态电位随着土壤反射系数的增大而增加。随着接地体长度的增加,风机塔底暂态电位逐渐降低,但降低趋势趋缓,且受下层海床土壤电阻率的影响增大。     

接地系统互连风场雷电浪涌分析

雷电对风电场的正常运行构成了严重威胁,需要详细研究雷电浪涌对其危害。利用PSCAD软件搭建简单风电场模型,分析风机塔筒高度对塔底雷击暂态电位的影响,讨论接地系统互连情况下连接电缆敷设方式、雷击点位置、土壤电阻率对浪涌传播的影响。仿真结果表明:风机塔筒越高,塔底雷击暂态电位越大,波形振荡越明显;接地系统互连能够降低塔底暂态电位,但效果并不显著,连接电缆敷设方式对于降低暂态电位幅值几乎没有效果;采用互连接地系统时,浪涌会传播至其他相连风机,距离雷击点越远的风机,塔底入地电流和暂态电位幅值越低;土壤电阻率增大,塔底雷击暂态电位越大,过电压会对变压器等设备绝缘产生危害,需要尽可能采取措施降低塔筒接地电阻。     

大型变电站接地网雷电冲击暂态特性的仿真

为了更深入掌握雷电冲击下大型变电站接地网的暂态特性,指导变电站的防雷接地设计,建立了大型变电站雷电冲击暂态特性的仿真模型。在此基础上,使用矩量法(MOM)在不同土壤电阻率、不同地网边长、不同网孔大小以及不同雷电流波头时间等情况下分别进行了接地网的雷电冲击暂态特性的仿真计算。结果表明:土壤电阻率越大,接地网的冲击接地特性越呈现出阻性;地网面积越大,接地网的冲击接地特性越呈现出感性;网孔大小对接地电阻的影响不明显,当网孔边长从50 m下降到10 m时,接地网的工频接地电阻与冲击接地电阻分别下降了22.95%和5.63%;随着雷电流波头时间的增加,接地网的冲击接地电阻与冲击系数近似线性下降。     

风机基础外引接地有效长度分析

外引接地是降低风机接地电阻的常用措施,必须详细研究雷电流作用下风机外引接地的有效长度及其影响因素。利用PSCAD软件建立风机叶片、塔筒和外引接地系统模型,考虑冲击电流作用下外引水平接地体的散流特性和火花效应。讨论土壤电阻率、波头时间对外引接地有效长度的影响,拟合出相应函数关系。分析结果表明:采用外引接地措施能够降低接地体的冲击接地阻抗,但外引接地体存在一个明显的有效长度,超过有效长度后对降低冲击接地阻抗几乎没有效果。外引接地的有效长度随着波头时间和土壤电阻率的增加而增大,三者之间存在一个幂函数关系。风机接地采用外引接地措施时应选取恰当的接地体长度,并非越长越好。     

考虑自然接地体影响的风机塔筒底部雷击瞬态过程分析

大量风机控制和电力变换设备集中布置于风机塔筒底部,易遭受雷电反击过电压而损坏.建立了考虑风机钢筋混凝土基础自然接地作用的雷击瞬态模型,采用频域矩量法进行求解,通过傅里叶反变换获得设备安装位置的时域瞬态过电压波形和冲击阻抗.计算结果表明,考虑混凝土中的钢筋能显著降低风机雷电冲击接地电阻和塔筒底部电位抬升,在高土壤电阻地区...     

基于FDTD方法的垂直接地体冲击时-频特性分析

基于L-D(Liew and Darveniza)提出的土壤非线性击穿效应模型,根据电磁场理论开发了一套三维时域有限差分(3-D FDTD)算法,建立了垂直接地体仿真模型,利用该模型于时域内从电场强度,电导率分布,最大暂态地电位升和暂态冲击阻抗的角度来研究了不同接地体长度和不同电流幅值对垂直接地体冲击散流特性的影响,于频域内从电场强度和电导率分布的角度来研究了垂直接地体在不同正弦电流频率中的散流特性。研究表明:1)接地体长度越长,土壤横向击穿区域越小,纵向击穿区域越大,最大暂态地电位升越小,暂态冲击阻抗越小;2)电流幅值越大,土壤横向和纵向击穿区域越大,最大暂态地电位升越大,暂态冲击阻抗越小;3)正弦电流频率越高,土壤的"趋肤效应"越强,极大影响了接地体的散流过程。     

基于频域电网络模型接地体冲击散流分布的研究

研究接地体冲击散流特性是优化地网冲击特性、降低输电线路雷击跳闸率的重要措施。通过对接地导体分段建立频域电网络模型模拟接地体冲击泄流过程,采用迭代法考虑土壤动态电离对散流分布的影响,并利用CDEGS软件仿真及真型散流试验对频率电网络模型及其迭代求解结果进行了对比验证。本文研究了标准电流波形下水平伸长接地体在不同接地体尺寸、不同土壤电阻率及不同电流峰值下的散流规律,得出接地体冲击散流不均匀分布是由导体段之间对地互阻抗及电感效应引起的。     

风机接地装置的冲击特性研究

随着风电场的大规模建设以及风机位置的特殊性,雷电对风机危害的事故愈发频繁,为保证风电机组的安全运行,可靠的接地装置是风机防雷工程中的关键组成部分。以CDEGS软件作为仿真计算工具,通过建立风机接地网仿真模型,比较了雷电流作用下不同形状接地网的冲击特性,讨论了雷电流注入点、土壤电阻率、接地网埋深和雷电流波形对风机接地装置冲击特性不同程度的影响。仿真结果表明:多圆环接地网比单圆环接地网具有更好的散流性,采取接地网中心引流的方式可得到最小冲击接地电阻;土壤电阻率的增大会导致冲击接地电阻增大,不过增大的幅度逐步降低;仅增加接地网埋深对其降阻效果不明显,工程中应根据地理环境选择适当的埋深;对于同一雷电流注入点,当雷电流波前时间缩短时,冲击接地电阻将会增大。采用加装水平接地极和圆环不等间距布置的措施,对风机接地网的降阻效果比较明显,仿真结果对实际工程中设计风机的接地装置有一定指导意义。     

风电场接地系统雷电冲击特性的研究

良好的接地系统对于风电机组的正常运行至关重要。基于风机接地圆环的不等电位模型研究雷电流波头时间与入地点、雷电流幅值、土壤击穿场强、土壤电阻率等因素对风电机组接地系统雷电冲击特性的影响规律以及多年冻土地区通过对接地网敷设垂直接地极的散流效果。结果表明:雷电流经风机接地圆环中心注入时具有更好的散流效果,雷电流波头时间越短,接地导体的电感效应越强烈,风机冲击接地电阻越大;随着雷电流幅值的增加,土壤的火花效应得以加强,风机接地圆环面积越小,冲击接地电阻降低越明显;土壤临界击穿场强越小,接地网附近土壤越容易发生火花效应,风机冲击接地电阻越小;风机接地网存在有效的散流半径,当接地网半径超过15 m时,散流效果不再明显增强;随着土壤电阻率的增加,风机接地圆环面积较小时的散流效果有限,冲击接地电阻几乎呈线性增长,而风机大面积接地圆环的冲击接地电阻增长有限,很快趋于饱和;对于存在多年冻土现象的地区,垂直接地极的散流效果较好,垂直接地极的布置不应过于密集,以减小导体之间的屏蔽效应。     

考虑人身安全的地网跨步电压降低方法研究

合理的变电站地网设计对于降低地网跨步电压、确保人身安全至关重要,有必要详细研究地网接地导体网格布置.通过EMTP软件输电线路和变电站地网模型,考虑接地体雷击暂态特性和人体高频电路模型,计算地网跨步电压.利用自适应遗传算法确定地网采用不等间距等比布置时中心网孔最佳尺寸,分析不等间距布置对于降低跨步电压效果.最后讨论满足人体容许跨步电压安全标准前提下地网所需最少接地导体数量.研究结果表明:输电线路遭受雷击后,临近变电站地网会产生幅值相对较高的暂态过电压,且过电压波形呈现明显振荡衰减;利用自适应遗传算法优化地网网孔尺寸和导体布置后,地网均压效果明显,地网跨步电压能够得到有效降低;满足人体容许跨步电压限值条件的地网布置所需最少接地导体数量随着土壤电阻率的增大呈现出先降低后增大的趋势.     

风电场雷电反击暂态计算与分析

根据对某风电场雷害事故的现场调研,风电机组塔外箱式变压器(简称箱变)遭雷电反击损坏严重影响了风电场的安全稳定运行,本文结合风电场实际情况,利用ATP/EMTP仿真软件建立了风机-箱变系统雷电暂态模型,对雷电反击过程进行了仿真计算,分析了接地网冲击接地电阻、风机与箱变电气距离、SPD配置方式对箱变低压侧电位差、流过避雷器电流和避雷器吸收能量的影响。计算结果表明:降低接地网冲击接地电阻,在箱变低压侧加装SPD可以起到不错的防雷效果;对于高土壤电阻率地区风电场,建议在设计时适当增大风机与箱变间电气距离;选用5k A标称放电电流的避雷器耐受塔顶雷击水平约为80k A,在强雷区应选用更大通流容量的避雷器。     

柔性石墨接地体与金属接地体散流特性对比

不同接地材料因其电磁参数的不同使得接地体的工频与冲击散流特性有区别。针对石墨、锰铜和钢三种接地材料进行仿真建模计算,建立了输电线路杆塔接地网常用的方框带射线型接地网模型,分别对比分析了三种接地材料在不同频率电流、不同土壤电阻率条件下的冲击散流特性,阐述了接地体散流特性对接地阻抗的影响。通过对比分析可知:在高频电流、高土壤电阻率条件下,柔性石墨接地体在远端的散流能力要优于钢接地体,接地阻抗更小。     

一种用于计算雷击接地网时最小冲击接地阻抗值的方法

为了研究接地网在雷击时冲击接地阻抗的特性,提出了一种型等值电路,在考虑火花效应的条件下,运用ATP-EMTP仿真软件对接地网进行分析计算。将土壤电阻率以内分为四个区间,每个区间对应一个地网有效面积值。并运用多项式回归分析软件得出相应区间的冲击接地阻抗拟合公式,能方便计算不同条件下冲击接地阻抗的最小值。为防雷接地工程计算提供参考依据。     

考虑季节性冻土因素的风电场接地系统设计

高海拔地区的风电场在冬季容易形成冻土层,冻土层的土壤电阻率变大,不利于风电机组遭受短路故障时的散流。基于风电机组接地网等电位模型研究季节性冻土因素下风机接地电阻季节系数的影响因素及其影响规律,以及垂直接地极、接地网水平引外对接地电阻季节系数的改善作用。研究结果表明:当接地网位于冻土层时,接地电阻季节系数受土壤电阻率反射系数的影响较大,当接地网位于非冻土层时,接地电阻季节系数几乎不受反射系数的影响;当冻土层厚度小于接地网埋深时,各土壤电阻率反射系数下的接地电阻季节系数基本不变并趋近于1,当冻土层厚度超过地网埋深时,接地电阻季节系数出现跃变式增长,反射系数越小,季节系数跃变越大;当土壤电阻率反射系数较小时,敷设垂直接地极对接地电阻季节系数的改善作用明显,当反射系数较大,地网埋深低于冻土层厚度时,风机接地网通过水平引外互联能够达到良好的降阻效果。     

考虑潮间带接地环境的海上风机一体化电磁暂态模型

为了预防和减少海上风电的雷害,对由雷击引发的风机机舱暂态过电压进行计算和评估非常必要,前提是建立可靠的风机雷电泄流通道模型。接地电阻的准确性是影响雷击通道模型可靠性的重要因素。考虑到我国海上风机场分布广,海况差别大的特点,将潮间带接地环境分为3层:海水层、淤泥层和砂石层,分析各层的物理深度和电阻率等因素对接地电阻的影响。以江苏如东洋口港潮间带风电场上海电气2 MW风机为例,将雷电通道划分为激励源、桨叶、机舱轴承、塔筒、接地电阻5个部分,分别进行数学建模。其中:塔筒等效成垂直中空分段圆柱体;机舱与塔筒间的轴承等效为电容;应用土壤点电流格林函数计算各层的等效电阻,通过叠加得到总的冲击接地电阻。结果表明,由潮汐引起的海水深度变化是影响接地电阻的主导因素,海水越深接地电阻越小,对应的暂态过电压也越小;淤泥层和砂石层的电阻率均与接地电阻正相关,但当海水达到足够深度时,它们的影响趋于稳定。     

考虑火花效应的杆塔接地体冲击特性仿真研究

为研究雷击杆塔时接地体的冲击特性,以便优化设计接地体结构,针对雷电冲击时产生的火花效应,运用电磁暂态分析软件ATP-EMTP,搭建了接地体射线的时变非线性冲击阻抗模型。在验证模型的基础上,研究了接地体冲击接地阻抗受雷电流波前时间、土壤临界击穿场强及射线长度的影响。仿真结果表明:波前时间与冲击接地阻抗呈反比关系,波前时间越长,冲击接地阻抗越小;冲击接地阻抗正比于土壤临界击穿场强;对于高土壤电阻率的地区,雷电流幅值在10～110 k A之间,接地体射线的有效长度为40 m,无限加长射线长度不利于减小冲击接地阻抗。所得结论对于接地网优化改造、接地体射线长度选取具有指导意义。     

输电线路杆塔地网冲击接地电阻现场测量方法

为研究杆塔地网冲击特性,掌握冲击电阻值的变化,提出了一种杆塔地网冲击接地电阻现场测量方法,采用适于现场使用的冲击电流发生器产生大电流、陡波头的冲击电流模拟雷电流,使地网电感效应与火花效应得以体现。利用实验室变电站地网对该方法进行验证与改进:在电压测量回路首段接入300Ω阻尼电阻消除电压波形振荡;通过降低回流极接地电阻增大电流幅值。现场试验在湖北省武汉市某变电站500 kV交流线路进线侧2号杆塔进行,冲击接地电阻随电流幅值的增大呈非线性下降趋势。实验室与现场试验表明:该方法可有效测量杆塔地网冲击接地电阻。