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。     

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。     

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。     

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。     

考虑雷电过电压的风电机组拓扑结构优化

风力发电机遭受雷击时,塔筒内控制电缆、塔基处以及箱式变压器低/高压侧都会出现过电压,且过电压还会通过集电电缆和联合接地装置传到其他风电机组.为研究雷击风电场时引起的暂态电压,建立了包含风力发电机、集电电缆、箱式变压器的等效模型.考虑了雷电流参数、风力发电机接地电阻大小及风电场拓扑结构对风电场过电压影响.结果 表明:单台风电机组遭受雷击的情况下,风电机组过电压值与雷电流幅值成正比,且波前时间为8.0 μs和20.0μs时,雷电流幅值对控制电缆缆芯过电压影响很小;风电机组过电压值与波前时间成反比,且雷电流幅值为100 kA时箱式变压器高压侧过电压受波前时间影响很小;过电压值与接地电阻正相关,但接地电阻越大,正相关系数越小.多台风电机组联合的风电场遭受雷击情况下,直接遭受雷击的风电机组中会产生很高的过电压,越远离雷击点的机组中过电压越小,链形结构风电场中有停运风险的机组最少,所以仅考虑雷击风电机组的情况下,链形结构为风电场最优拓扑结构.     

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。     

基于有限元法的埋地电缆防雷屏蔽线防护效果分析

为了提高埋地电缆雷电防护的有效性,必须详细分析防雷屏蔽线的防护效果。利用电气几何模型分析防雷屏蔽线对埋地电缆的防护原理,通过COMSOL软件建立有限元模型计算敷设防雷屏蔽线前后的电缆周围电位与电场强度,分析土壤电阻率、屏蔽线与电缆间距、屏蔽线尺寸等参数对防护效果的影响,最后讨论土壤分层情况下土壤电阻率对电缆电位与电场强度的影响。分析结果表明:埋地电缆周围电压和电场均随着土壤电阻率的增加而增大;敷设屏蔽线后,电缆周围电压和电场能够得到有效抑制。防雷屏蔽线的半径越大,防护效果越明显,但并非随着半径的增大无限制增加。当雷击点与电缆间距较远时,屏蔽线的保护效果随着与电缆间距的增加而降低,但屏蔽线与电缆需要保持一定间距以防止闪络放电。双层土壤结构下,下层土壤电阻率小于上层时,电缆周围电位与电场强度较均匀土壤情况有所下降,反之则增加的非常明显。埋地电缆和防雷屏蔽线的敷设需要尽量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。     

避雷器接地电阻对10 kV配电线路终端设备雷击暂态特性影响分析

雷电击中配电线路后,沿线路入侵的雷电浪涌十分容易造成配变低压侧设备的损坏,安装避雷器能够提高线路的耐雷水平,为了有效的提高避雷器的防雷效率,有必要分析其对线路终端设备雷击暂态特性的影响。利用EMTP软件搭建完整的安装柱上变压器的配电系统模型,分析避雷器接地电阻、安装避雷器的杆塔之间的间距及敷设避雷线三种因素对终端设备雷击暂态特性的综合影响。结果表明:终端设备过电压随避雷器接地电阻的增大而增大,接地电阻越大,增大幅度越小;敷设避雷线后,终端设备过电压有一定程度的降低;安装避雷器的杆塔之间的距离越小,终端设备过电压也越小。最后得出通过避雷线的安装以及减小安装避雷器的杆塔之间的距离,可以在不降低终端低压设备雷电防护水平的情况下适当的增加高电阻率地区避雷器的接地电阻,所得结果对于降低接地结构的成本以及对配电线路终端设备的雷电防护有一定的指导意义。     

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...     

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。     

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。     

屋顶光伏发电系统雷击浪涌防护

屋顶式光伏发电系统应用前景广泛,对其供电可靠稳定性的要求也越来越高,因此做好屋顶光伏发电系统的雷击浪涌防护至关重要。分析了屋顶光伏发电系统雷击浪涌危害途径,利用EMTP软件搭建外部防雷系统和光伏发电系统等效电路模型,计算雷击接闪器时光伏发电系统浪涌过电压,讨论雷电流幅值、接地电阻和SPD保护模式对降低雷击浪涌危害的防护效果。分析结果表明:雷击建筑外部接闪器时,绝大部分雷电流经由引下线泄散,流经直流电缆的雷电流较小;光伏阵列和逆变器过电压随着雷击电流幅值和接地电阻的增大而增加;在直流电缆正极、负极与引下线之间均安装SPD能够取得最好的防护效果,逆变器端口电位差最小。屋顶光伏发电系统雷击浪涌防护需要良好的接地和充分的SPD防护。     

分布式基站远端射频单元直流电源雷电浪涌防护

为了有效对分布式基站远端射频单元(RRU)直流电源进行雷电浪涌防护,需要对具体保护方式及效果进行研究。本文介绍了几种常见的塔放式RRU直流电源SPD防护模式,利用EM-TP软件搭建仿真模型,分析雷击通信铁塔时不同保护模式的防护效果,讨论铁塔高度和雷电流波形对RRU电源线泄散雷电流幅值的影响,最后计算不同雷电流波形下电缆与SPD承受能量占全部能量的比值。仿真结果表明:在-48 V、RTN线与铁塔三线间均安装SPD时防护效果最好,流经直流电缆的电流幅值最低,波形持续时间也最短。铁塔高度越低,流经电缆电流幅值越小,电流持续时间也越短。雷电流波头时间越短,流经电缆电流幅值越大。雷电流波形对电缆承受能量的百分比影响很小,但对SPD承受能量的百分比影响很大。     

基于EMTP仿真和实测的接地电缆雷电过电压特性分析

针对目前缺少有效设备仪器和方法保护接地系统雷击浪涌的问题,文中系统化地研究了地下配电电缆中使用的接地系统的暂态特性.通过现场实验测试与EMTP仿真分析,对传统多点接地电缆系统和非捆绑式公共接地电缆系统中性线感应的雷电过电压进行了评估计算与详细比较.首先通过EMTP软件建立配电缆雷击感应电压计算仿真模型;然后通过比较实际测量结果与EMTP仿真所得到的数值结果,验证本研究所建立的仿真模型的有效性和准确性.最终,通过验证后的模型的EMTP仿真结果对雷电绝缘水平进行预测.     

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。     

风机塔筒的雷电电磁场屏蔽效能分析

风机附近发生雷电放电时,产生的雷电电磁场会对塔筒内部线缆和电子器件产生干扰甚至产生破坏。本文利用Heidler电流函数模型和TL回击通道传输模型,计算雷电通道周围的电磁场分布。将风机塔筒等效为圆筒形屏蔽体,在材质厚度确定的情况下计算塔筒的屏蔽系数。分析结果表明:雷电电磁场强度随雷击点距离的增加而减小。塔筒厚度越大,屏蔽效果越好。风机塔筒对100 k Hz以下的低频段能量具有明显的衰减作用。对于实际塔筒结构存在的孔缝造成的电磁泄漏,需要采取相应防护措施,增强塔筒的屏蔽效果。     

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。