风电机组多重雷击暂态过电压分析

为分析多重雷击对风电机组暂态过电压的影响,建立了包括风机叶片、塔筒、控制线缆以及变压器的风电机组的风电场等效模型。考虑控制线缆屏蔽层与塔筒以及线缆芯线之间的电磁感应作用,利用电磁暂态仿真软件ATP/EMTP对风电场模型进行计算,分析不同大小的接地电阻、不同接地方式对风电机组首次以及后续雷击暂态过电压的影响。结果表明,多重雷击在塔筒和屏蔽层产生的后续雷击过电压值随着测量位置的降低而降低,在塔基处小于首次雷击过电压值。接地方式对屏蔽层和线缆的雷击过电压影响较大,独立接地下两者的首次以及后续雷击过电压均小于公共接地的情况。公共接地下屏蔽层、塔筒、芯线的首次以及后续雷击过电压与接地电阻值成正比;独立接地下接地电阻对屏蔽层以及芯线的雷击过电压影响不大,而塔筒雷击过电压则随接地电阻增大而上升,塔基处10Ω的首次雷击过电压值约为1Ω时的3.9倍,后续雷击过电压值约为1Ω时的3.6倍。     

基于一体波阻抗模型的风电机组雷电过电压分析*

雷电暂态过电压是影响风电机组安全稳定运行的重要因素之一。基于风电机组雷击下的一体波阻抗模型,探讨了信号电缆屏蔽层、土壤电阻率和雷电流波形对过电压水平的影响,并开展了过电压抑制措施的研究。结果表明:信号电缆采用双屏蔽层及风电机组接地系统良好的接地能更好地降低过电压;信号电缆两端更容易发生击穿;雷电流幅值和波前时间对信号电缆的过电压影响较大;信号电缆顶端安装SPD(浪涌保护器)可有效抑制其过电压。     

基于ATP-EMTP的风电机组塔筒二次雷电回击暂态分析

针对风电机组在雷击事故中严重损坏的现状，对二次雷电回击引起的暂态电位变化进行了分析研究。文中通过搭建叶片、机舱、等效圆锥体塔筒与接地系统的等效模型，考虑塔筒内部电缆与塔筒之间的耦合互感等问题，并结合某风电公司所提供数据与相关等效参数公式，搭建出π型叶片与接地体、“十段式”塔筒等效电路，后续利用电磁暂态软件ATP-EMTP计算分析塔筒在两种雷击情况下的暂态电位变化。结果表明：两种雷击均会使风电机组产生兆伏级电位变化；塔底处暂态电位变化在两种雷击情况下差别最大；二次雷电回击下塔顶暂态电位将在0.200μs时达到峰值3.856 MV，故二次雷电回击严重威胁风电机组塔筒内部结构与电子器件的正常运行，不容忽视。     

基于场路结合思想的风电机组接地网冲击特性研究

在雷击过程中,雷电流沿风电机组塔筒注入接地网,会引起接地网的地电位升高。为更好地研究雷击产生的暂态过电压对风电机组及其输变电设备产生的影响,采用场路结合的思想建立接地网暂态电路模型,对雷击引起的地电位升高进行系统仿真计算。计算结果表明:由于雷电流波头频率很高,与电阻相比接地体本身的电感效应非常明显,将引起接地网的地电位大幅度升高;暂态过电压将对地下传输、通信和控制电缆最外层绝缘造成破坏,严重时甚至会造成局部放电。     

风电机组雷电过电压的仿真分析

雷击会对风电机组造成严重损坏,是影响风场安全运行的主要因素。在雷击过程中,雷电流流经塔体,并通过电磁场的耦合作用,在塔体内部三相电缆和机组变压器上产生雷电过电压,影响内部设备的正常运行。通过电磁暂态软件PSCAD搭建了比较全面的风电机组模型,对风电机组的暂态过电压进行计算分析,并研究了不同大小的接地电阻以及不同接地方式对风电机组过电压分布的影响。计算结果表明良好的接地系统有利于降低电缆上的过电压,但不能改变塔体上过电压的最大值,而接地方式的不同对过电压影响巨大,两种接地方式各有优劣。最后为风电机组加入避雷器,验证了防雷设计的有效性,仿真结果为风电机组的安全、经济的防雷设计提供了参考依据。     

海上风机塔筒的非均匀传输线模型

风机塔筒的建模是海上风电机组防雷保护研究的重要组成部分,其模型的建立对分析结果有重要影响。首先分析塔筒多波阻抗模型在海上风机防雷研究中的不适用性;其次建立塔筒的非均匀传输线模型;然后,利用多波阻抗模型研究塔筒空间结构变化对自身电磁暂态特性的影响。研究结果表明：塔筒分段越多,其电磁暂态响应越准确。通过对采用非均匀传输线模型和采用多波阻抗模型的塔筒雷电暂态响应进行对比,证明了非均匀传输线模型更符合实际情况,从而给出了塔筒的推荐分段数。     

雷击引起风电场的地电位升高问题

雷击是影响风力发电场运行安全的主要因素之一。在雷击过程中 ,雷电流沿塔筒注入风电场接地网 ,将会引起接地网的地电位升高。这些暂态过电压将对风力发电机组及其输变电设备的正常运行造成影响。通过建立相关的风电场接地网模型 ,对雷击暂态过电压进行了计算分析     

风电场架空集电系统雷电暂态过电压分析

针对风电场集电系统箱变在雷害事故中大量损坏的现状,对雷击风电场架空集电线路引起的暂态过电压进行了计算。运用ATP/EMTP电磁暂态仿真软件建立了包括风电机组、集电线路和箱变的等效模型,考虑了雷击方式、雷电流波形、风力机接地电阻以及风电机组拓扑结构对箱变两侧暂态过电压的影响。研究结果表明:箱变低压侧的暂态过电压与波头时间成反比关系,波头时间为1.2μs时箱变低压侧的暂态过电压是20μs时的8.75倍,箱变高压侧的暂态过电压几乎不受波头时间的影响;接地电阻越大,箱变两侧的暂态过电压越大;风电机组架空集电线路遭受雷击时,环形拓扑的可靠性最高,环形拓扑联合为风电机组的最优联合方式。     

雷击海上风电机组对其弱电系统影响分析

以海上SCD(超紧凑)3.0MW风力机组为原型,借助ATP/EMTP电磁暂态仿真软件建立该风力机组雷击暂态模型。并结合该暂态模型计算分析电缆屏蔽层、雷电波形及海上平台接地电阻对于风机内弱电设备雷电浪涌过电压的影响。结果显示:为保证风力机组内部弱电设备的安全,沿塔筒布置的电缆应采用屏蔽电缆,且两端均应做到有效接地;同时还应加装配套的保护措施,如加装浪涌保护器等;雷电流波形对于电缆感应过电压影响很大,因此仿真分析时应根据研究所需选取合适的雷电流波形;海上风机的接地电阻较小,接地电阻的变化对于弱电系统的雷电浪涌过电压的影响也较小,因此无需再采取降阻措施。仿真结果可为海上风力机组弱电系统的雷电防护提供参考。     

基于EMTP-ATP的风力发电机雷电电磁暂态特性分析

为解决风力发电机组雷电暂态过程研究的问题,本文根据雷电流在风机系统内的流通路径,利用EMTPATP软件建立了单台风机系统一体化电路暂态仿真模型以及整个风电场电路暂态模型,分析了各部件模型的建立过程与模型中参数的计算方法。该模型将雷电流在风机系统内的传播路径立体地集成在一起,反映雷电流在风机系统各部件内传播时的暂态特性。基于风机系统的一体化电路暂态模型,研究了风机叶片、机舱、塔筒和变压器等部件的雷电暂态特性,并分析了电缆屏蔽层接地方式等因素对风机雷电暂态特性的影响。研究表明塔筒-线芯间的过电压在线芯的上下两端达到最大;电缆金属屏蔽层能有效降低塔筒-线芯间的感应过电压与线芯的雷电流,感应过电压的抑制比可以达到41%,线芯雷电流抑制比可达60%;此外,屏蔽层的接地方式采用两端接地时感应过电压幅值最小。     

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。     

考虑杆塔等效半径变化的高杆塔雷击暂态特性分析

分析雷击输电线路杆塔时的暂态特性,对输电线路上电气设备的绝缘配合设计具有重要的指导意义。在国内外已有波阻抗杆塔模型的基础上,考虑高杆塔主体和呼高部分随高度的减小而等效半径增大,使得各部分波阻抗值减小的情况,对高杆塔进行细分,仿真研究高杆塔多波阻抗模型的分段数对雷电波传播的影响。通过比较和分析不同段时雷电流波形、雷电流幅值及接地电阻对杆塔雷击暂态特性影响,得出若对高杆塔主体进行细分段,则有其上过电压降低,暂态过程较长的结论。     

750 kV敞开式变电站雷电侵入波的防护

雷电波沿着输电线路侵入变电站,对变电站设备构成了很大的威胁。为此笔者将某750kV敞开式变电站和进线段结合起来,根据具体的雷击条件,将雷电流直接作用于雷击点,把输电线路、铁塔、变电站内的连接线、母线和电气设备作为一个网络整体来考虑。采用国际通用的电磁暂态计算程序(EMTP)对雷电侵入波过电压进行了计算,给出了不同运行方式下不同避雷器配置方案的变电站设备上的绕击和反击雷电过电压最大值并进行了分析,最后提出了避雷器的布置方案。结果表明,MOA可以抑制南雷电侵入波产生的过电压,从而能够有效保护变电站设备。     

风电机组过电压保护与防雷接地设计

迄今我国尚无风电系统过电压保护和防雷接地的国家标准或行业标准,为了促进风电行业的快速发展,通过理论分析并结合工程实际,给出了风电系统中风电机组过电压保护体系和实现。该体系主要考虑直击雷保护、感应雷保护、接地装置、机组配套升压设备保护等内容,并结合风电工程实例,系统地阐述了风电系统中风电机组的过电压保护及防雷接地的方案设计及其实现,满足了工程的实际需要,对风力发电和风电场设计具有较好的指导意义。     

Simulation of Lightning Overvoltage Distribution on Stator Windings of Wind Turbine GeneratorsEI北大核心CSCD

This paper analyzes lightning surge on the stator windings of wind turbine generators. The path of lightning in the wind turbines was analyzed. An equivalent circuit model for megawatt direct-driven wi...     

架空送电线路雷电绕击分析及对策

电力系统方面的过电压保护一直受非常重视。但系统内每年均会发生较多的各种过电压事故和障碍,其中雷击珧闸在线路故障跳闸中所占比例最大,而在运行工作中。因计算雷电绕击率较小。一般较易忽视雷电绕击问题。分析达州电业局电网220kV代余线发生的雷击跳闸,探讨电力系统的雷电绕击问题。     

柔性直流换流站雷电侵入波过电压

为确定换流站直流场设备（包括电缆）的雷电绝缘水平,建立柔性直流工程换流站和各站直流进线段1~2 km输电线路电磁暂态仿真模型。根据线路电气结构参数确定输电线路绕击和反击电流值,雷电流采用双指数函数模型,杆塔塔头间隙闪络判据采用相交法,计算架空线路在雷电绕击和反击工况下换流站直流场设备和电缆雷电侵入波过电压。通过仿真计算,确定了换流站直流场设备和电缆雷电绝缘水平,同时计算表明,直流电抗器对雷电过电压有一定的抑制作用。     

计及风速影响的500kV同杆双回线路绕击耐雷性能计算模型研究

目前雷击仍然是危及输电线路安全可靠运行的主要原因，而现有评估输电线路绕击跳闸率的模型还不能与线路实际运行经验一致，该文在分析500kV同杆双回输电线路绕击耐雷性能时，以三峡电站的出线为例，充分考虑了风速的影响，对击距模型进行了改进，同时还较详细分析了地面倾角、杆塔高度等对绕击跳闸率的影响。通过编程仿真计算结果表明，随着风速的增加，输电线路保护角和绕击跳闸率都将增加，建议今后在评估输电线路绕击耐雷性能时，对风速影响因素应加以考虑。     

500 kV架空线路雷电过电压与冲击接地电阻关系

为考虑雷击架空输电线路后,雷电流在避雷线、杆塔、接地网和土壤中的动态散流过程,建立了输电线路-杆塔-接地网一体化雷电全波电磁暂态模型,计算冲击接地电阻和反击过电压。基于全波电磁暂态模型,从冲击接地的概念出发,将土壤电阻率、雷电流波前时间和幅值对输电线路的影响直接反映在雷电过电压上,对雷电过电压与冲击接地电阻计算公式进行拟合。研究表明：波前时间减小和土壤电阻率增大均会使冲击接地电阻值与雷电过电压增大。不考虑火花效应时的冲击接地电阻值与雷电流幅值无关,雷电过电压随雷电流呈正比例增大。在进行接地网设计时,应考虑能使雷电过电压值下降的接地网射线的有效长度。