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。     

风机地网断点对雷击暂态特性影响

风机地网由于受腐蚀等因素影响可能会产生连接断点,需要分析断点对地网雷击暂态特性的影响。本研究首先分析电流频率对土壤电参数的影响,通过矢量匹配法结合最小二乘法拟合风机地网电路模型参数,导入ATP软件建立暂态电路仿真模型,计算雷电流作用下地网地电位抬升,分析不同地网断点方式对地网雷击地点位抬升和冲击阻抗的影响。研究结果表明：土壤电参数受周围流经电流频率影响明显,土壤电阻率和相对介电常数随着频率的增大而显著减小,在地网雷击暂态特性分析中必须予以考虑;低频范围内地网谐波阻抗近似等于工频电阻,随着频率的进一步增大,谐波阻抗呈现先减小后增大的变化趋势;土壤频变效应的存在使得地网中心地电位抬升低于恒定土壤参数情况,尤其是在高电阻率土壤中,从而也降低了地网的冲击阻抗和冲击系数。地网中心存在断点比拐角存在断点对雷击暂态特性的影响更大,地网中心存在断点提高了地网地电位抬升和冲击电阻峰值,拐角存在断点提高了地网稳态接地电阻。地网拐角存在断点时,垂直接地极的断点比水平接地极的断点更加影响电位分布。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

基于ATP-EMTP的伸长接地体时变接地电阻仿真研究

运用电磁暂态分析软件ATP-EMTP搭建了单根伸长水平接地体的π型等值电路仿真模型,使用电路理论的分析方法对接地体雷电冲击特性进行了研究。仿真模型考虑了火花效应的影响。运用模型对不同条件的伸长水平接地体进行了仿真计算,有别于工程上广泛使用的冲击接地电阻的概念,得出了接地体在雷电冲击条件下实际接地电阻随时间变化的曲线,分析了其变化规律。同时从接地电阻变化曲线的角度研究了接地体长度、雷电流幅值、土壤电阻率对接地电阻的影响。     

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。     

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。     

地网暂态过电压对牵引变电所二次设备干扰规律性分析

利用电磁暂态分析软件联合搭建电缆—地网暂态模型,意在对工程实践中典型地网布置方式下地电位干扰规律进行定量分析,研究表明:二次电缆干扰电压明显受雷电流幅值、土壤电阻率、电缆布置方式、接地铜排及电缆接地方式影响;随着土壤电阻率、雷电流幅值及电缆长度增加,干扰电压显著增加;为降低干扰电压,电缆敷设长度应尽可能短且应沿地网中部敷设;同时,研究发现电缆沟中接地铜排可以明显提高二次电缆抗干扰能力,当接地铜排采用方案二布置,电缆采用末端接地时,抗干扰效果最好。     

雷击分流接地系统地电位特性试验及仿真分析

建筑物接地系统雷电冲击特性主要是指雷电流通过接地装置向周围大地散流的特征,通常表现为冲击电流对接地装置作用后局部暂态地电位升高导致地电位反击。利用土壤测试数据及接地系统图模拟实际建筑物接地模型下雷击冲击试验反击地电位特性,通过搭建CDEGS地电位仿真模型实现地电位分布计算并验证了反击试验结果的可靠性,得出地电位分布与注入点位置、接地系统支路分布之间影响关系,对雷击分流接地系统预防地电位反击提出了合理优化措施。     

雷电冲击下杆塔接地阻抗特性研究

降低杆塔冲击接地阻抗是提高输电线路耐雷水平、降低雷击跳闸率的重要措施之一。目前采用的工频接地电阻乘以冲击系数得到冲击接地阻抗的方法与实际工况存在差异,随着接地体尺寸、埋设方式、土壤分布和雷电流参数变化,这种差异越来越大,因此研究杆塔接地体在雷电流下的冲击特性具有重要的意义。基于电路理论的方法,采用ATP-EMTP软件,考虑雷电流的高频特性和高幅值特性,建立了对杆塔接地体的细化仿真模型,模拟电感效应和火花效应的实际效果,并利用该模型对雷电冲击下杆塔接地阻抗特性进行研究。     

杆塔接地体冲击对输电线路雷电反击分析

为了减少雷害事故的发生,为输电线路防雷提供科学依据,计算输电线路雷电反击跳闸率时必须考虑杆塔接地体冲击特性。通过EMTP建立了线路及杆塔模型,考虑雷电流作用下接地体冲击特性,分析线路反击时杆塔和接地体暂态电压变化规律。计算不同土壤电阻率和接地体长度下线路反击跳闸率,同时讨论工频电压对反击跳闸率的影响。分析结果表明:雷电流幅值较大时,接地体冲击接地电阻降低明显。工频电压对线路反击跳闸率有一定影响。增加接地体长度和降低土壤电阻率可以有效减少线路反击跳闸率。     

输电线路杆塔接地极冲击接地电阻特性分析

为研究雷电流流经输电线路杆塔接地极的冲击特性,运用CDEGS软件仿真分析杆塔接地极在冲击电流作用下的冲击特性。分析水平接地极及四种改进接地极的冲击特性,探讨不同接地极尺寸以及不同土壤电阻率对冲击接地电阻的影响规律。得到接地极长度及半径对水平接地极冲击接地电阻的影响规律,接地极冲击接地电阻随水平接地极长度的增加而降低,但逐渐趋于稳定;同时获得垂直接地极对四种改进接地极的冲击接地电阻特性,为实际工程中采用合适的方法降低杆塔冲击接地电阻提供了参考。     

高土壤电阻率地区柔性石墨复合接地材料与圆钢接地材料的有效长度对比研究

改善杆塔接地能够有效的降低输电线路雷击跳闸率,对于高土壤电阻率地区的杆塔,减小冲击接地电阻是降低雷击跳闸率的关键,而减小接地体冲击接地电阻可以通过延长接地体长度来实现,但是当长度超过一定值时,延长将不再有效。因此研究接地体的有效长度、选取有效长度更长的接地材料,对降低接地电阻有着重要意义。首先分析了接地体有效长度的物理意义,然后运用CDEGS仿真软件计算工程中常用的镀锌钢和柔性石墨复合材料水平接地体的工频接地电阻与接地体长度、冲击接地电阻与接地体长度之间的关系。由此对比在高土壤电阻率情况下柔性石墨复合接地材料的和镀锌钢材料的有效长度,并分析其原因。此后采用冲击散流试验加以验证,最后得出结论,高土壤电阻率情况并通以冲击电流时,柔性石墨复合材料接地体有更长的有效长度。     

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。     

基于PSCAD的10kV配电线路接地装置冲击特性研究

在考虑接地电阻火花效应的基础上,采用逐次渐进的算法,得出了模型元件参数,在PSCAD仿真软件中建立10 kV配电线路常用的接地装置仿真模型,对在不同雷电流幅值、不同接地装置尺寸、不同土壤电阻率以及埋设深度下该装置冲击接地电阻的冲击特性进行了仿真,分析常见10 kV配电线路的接地装置冲击特性,为10 kV配电线路的接地装置设计提供了理论数据依据,具有一定的工程应用价值。     

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。