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。     

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.     

雷击埋地电缆暂态过电压计算

为了对埋地电缆进行有效雷电防护,必须合理分析电缆遭受直接雷击后暂态过电压。分析了埋地电缆遭受直接雷击的危害途径及危害机理,利用拉普拉斯变换计算埋地电缆雷击暂态过电压,分析芯线-缆皮间电位差随雷电流幅值、电缆埋深、雷击点距电缆水平距离的变化,讨论双层土壤结构下土壤电阻率对电缆雷击过电压的影响。分析结果表明:芯线-缆皮间暂态电位差随着雷电流幅值的增大近似呈线性增加;电缆埋深和雷击点距电缆水平距离的增大对芯线-缆皮间暂态电位差有着十分明显的衰减作用;双层土壤结构中下层土壤电阻率对电缆暂态电位影响非常大,当下层土壤电阻率远大于上层土壤时,电缆暂态电位较均匀土壤情况下增加显著。在埋地电缆敷设过程中可以尽量增大埋设深度,同时避开高土壤电阻率区域。     

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。     

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。     

500kV线路杆塔雷电冲击全波电磁暂态特性研究

为了研究土壤电阻率、雷电流幅值以及波前时间等不同因素对500kV线路杆塔在雷击时杆塔全波电磁特性的影响,建立了线路-杆塔-接地极一体化模型,计算了雷电冲击下考虑不同雷电流参数、土壤电阻率参数的500kV输电线路杆塔电磁暂态特性影响。计算结果表明,避雷线分流大小随着土壤电阻率和雷电流幅值的增加而增加,波前时间的改变对其影响较小;通过引下线向土壤散流的电流随着土壤电阻率的减小和雷电流幅值的增大而增大;接地体电压和横担电压均随着土壤电阻率和雷电流幅值的增加而增加,并不改变峰值出现时刻,波前时间的改变会同时改变峰值和出现时刻。     

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。     

考虑多基杆塔接地散流线路临近管道雷击过电压研究

由于目前输电线路与管道常交叉、并行架设，当雷击杆塔时雷电流会沿杆塔两侧避雷线流向相邻多基杆塔，而杆塔接地散流不可避免会对临近管道产生过电压影响。针对多基杆塔接地散流下管道过电压进行仿真计算并提出管道过电压防护方法。首先利用电磁暂态软件ATP-EMTP搭建输电线路雷电暂态计算模型，计算不同土壤电阻率下多基杆塔雷电流分布特征；然后基于多基杆塔雷电流分布特征，搭建多基杆塔接地网-油气管道散流计算模型，计算分析土壤电阻率、“管-线”间距及雷电流幅值等因素对管道过电压的影响；最后对比分析“接地排流线”、“迫向换流”等方式对管道过电压的防护效果。研究结果表明：土壤电阻率增加使杆塔接地电阻变大，从而使得杆塔分流系数会逐渐减小；相较单基杆塔模型，考虑多基杆塔接地散流会加剧管道过电压问题，土壤电阻率和雷电流幅值增加将导致管道过电压升高，“管-线”间距增加会导致管道过电压降低；敷设排流线和采用迫向换流等方式均可有效降低管道电位。     

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。     

雷击临近建筑物土壤散流引发配电线路雷电过电压及防护

为研究雷击配电线路附近建筑物时,土壤散流引发配电线路雷电过电压及防护效果,采用专业防雷计算软件CDEGS建立建筑接地网及临近配电线路雷电过电压仿真模型,分析了配电线路与临近建筑接地网间距、土壤电阻率、雷电流幅值和配电线路接地网长度对配电线路上雷电过电压的影响,并仿真验证了引流法和绝缘间隔法的防护效果。研究结果表明：配电线路电位随间距的增大而减小,随土壤电阻率和雷电流幅值的增大而线性增大,受配电线路接地网长度影响不大;引流法和绝缘间隔法能有效地降低配电线路接地体上电位,水平外延法引流降压效果更好,可以将配电线路接地体上电位降到56 kV以下,有效地避免雷电反击事故发生的概率。本研究可为实际配电线路雷电过电压和防护提供参考。     

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。     

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...     

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。     

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。     

输电线路杆塔接地体地电位分布特性研究

为了研究雷击输电线路时输电杆塔接地装置时的暂态特性以及地电位分布情况,通过在陕西省境内选取高压输电杆塔实地测量的方式,分析了雷电流波前时间和半波时间对地电位峰值的影响、3种不同结构接地体地电位的分布规律以及同一种接地体在不同电阻率土壤环境下的电位分布情况,试验结果表明雷电流波前时间越短、土壤电阻率越高的条件下地电位峰值...     

海上风电场电缆-架空线输电系统雷击过电压暂态分析

为了研究大型海上风电场海底电缆-架空线输电系统雷击过电压的问题,在充分研究输电系统结构的基础上,使用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建暂态计算模型。考虑工频电压对雷击过电压的影响,重点研究分析了电缆长度、杆塔接地电阻、雷击距离、雷电流幅值等因素对暂态过电压的影响及其原因。仿真结果和分析表明:杆塔接地电阻和雷电流幅值的增大、雷击距离和电缆长度的减小会导致雷击过电压的增大。考虑避雷器的优化配置,能有效抑制海底电缆首末两端的过电压幅值,相关结论为海上风电场电气系统的防雷绝缘设计提供了一定参考。     

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。     

风力发电机主轴承的雷电防护分析

风力发电机遭受雷击后,会有部分雷电流通过主轴承泄散,可能会对轴承和发电机造成损害,因此做好主轴承的防雷保护至关重要。利用EMTP软件搭建风机叶片、塔筒、接地体和轴承模型,讨论单独采用火花间隙和增加滑动接触器对于主轴承防护的效果,分析雷电流幅值、波头时间和接地电阻对于二者分流比的影响。分析结果表明:单独采用火花间隙防护时,流经轴承的雷电流幅值仍然较高;增加滑动接触器后几乎全部雷电流经由火花间隙和滑动接触器泄散。火花间隙和滑动接触器的分流比随着雷电流幅值的增加而增加,随着波头时间的增加而减小。风机接地电阻对分流比也有一定影响,分流比随着接地电阻的增加而降低。安装火花间隙和滑动接触器后能够提供良好的旁路分流路径,有效保护风机主轴承和发电机。