风机塔筒内部感应电压与感应电流计算研究

风机塔筒上的不完整结构会使雷击电磁脉冲耦合进入塔筒内部,在线路上引起过高的感应电压和感应电流,从而造成内部设备的损坏。对实测的雷电流波形进行函数化表达,选择MTLE模型作为雷电通道回击模型。对塔筒内的电磁场分布进行分析,结合线路的布置情况对感应电压与感应电流进行计算。计算得到感应电压峰值约800 V,感应电流峰值约380 A,将计算结果与实测值进行对比分析,发现计算结果和实测值很相近,波形也极为相似,该计算方法具有一定的可取性。最后分析雷击点与风机之间距离发生改变时,感应电压的变化情况,从而对风机的雷电防护方案提供一定的依据。     

风力发电机的雷电绕击分析与防护

通过引雷空间法中的吸引半径理论讨论风机绕击现象,计算最大屏蔽失效概率和绕击概率。利用ATp-EMTP搭建风机叶片、塔筒和接地体模型,分析在机舱和塔筒间增设引下线对雷电流分流的效果。分析结果表明:风机最大屏蔽失效电流和绕击概率随着叶片旋转角度的增大而增加;叶尖接闪器并不能实现对机舱的完全防护,需要在机舱尾部安装接闪杆;增设引下线能够提供一条良好的雷电流泄流通道。需要采取相应措施防止机舱接闪杆对风速仪、导航灯等设备的雷电反击危害。     

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。     

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...     

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。     

考虑盐雾环境的雷击海上风机暂态过程数值模拟

海上风电场长期运行于潮湿、高盐环境,研究盐雾环境对雷击海上风机暂态过程的影响,有助于准确分析其雷击暂态效应.首先建立了考虑空气湿度和高盐雾环境的空气介质模型,分析了该模型主要对桨叶和塔筒波阻抗产生影响.再综合考虑盐雾环境、雷电通道、旋转叶片姿态、主轴电容等特性对暂态过程的影响,并将多节组合空心塔体离散化处理,建立了新型...     

高层建筑电子机房雷电电磁环境分析

给出了计算雷电电磁场屏蔽效果的计算方法,通过对保定市近年来所建32栋高层建筑雷击电磁场屏蔽效果的计算,发现高层建筑的顶层基本不能做电子机房使用．顶二层只有个别部位能满足规范要求。建议建筑设计部门在高层建筑设计中做必要的计算,以保证电子机房位置设计的合理性。     

山区雷击高塔影响架空线感应过电压的模拟研究

为了研究山区雷击高塔对雷电感应过电压的影响,建立了三维时域有限差分(3D-FDTD)算法模型,计算复杂山体地形下的雷击高塔产生的电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算架空线感应过电压.利用该模型计算对比了雷击平坦地面、雷击山顶和雷击山顶高塔时的线路感应过电压,并讨论了山体坡度、距离、塔高、土壤电导率的影响.结果表明:...     

风速风向对风机塔筒结构动力响应和疲劳寿命的影响

基于气象站的观测数据,推导得到某1.25MW风机位置处的风速风向联合分布函数,对风机塔筒结构的风致响应和疲劳寿命进行计算,将计算结果与现场实测结果进行对比,系统研究了风速风向对风机塔筒结构动力响应和疲劳寿命的影响。结果表明:风向对顺风向和横风向位移响应的影响规律不一致,且风向对塔筒结构的疲劳累积损伤影响较大,在风向出现概率较大的区间产生的疲劳累积损伤较大。与考虑风向角下得到的疲劳寿命相比,不考虑风向角影响的疲劳寿命偏小。为了兼顾风机结构设计的可靠性和经济性要求,需考虑风向对风机塔筒结构疲劳寿命的影响。     

基于时域差分法的雷击回击通道周围空间电磁场研究

由于雷击回击过程发生了强烈的电荷中和,会在周围空间形成强烈的电磁脉冲,对各种电气设备产生干扰。为此,对回击通道周围的电磁场进行模拟,提出了基于时域有限差分法的电磁场数值计算方法。雷电流模型采用双指数函数与Heidler函数组合的函数模型,回击通道采用改进型的DU模型。将模拟的结果与已有文献的结果进行比较,得出时域有限差分法在模拟雷击回击通道周围电磁场上具有一定有效性。模拟结果表明:雷电回击通道周围空间的电磁场受到回击速度、大地相对介电常数、大地电导率等因素的影响。电场的初始峰值随回击速度的增加而减小,磁场随回击速度的增大变化不大,只是略微有所上升;电场随着大地相对介电常数的增加而增加,波形变越来越陡峭;电场的初始峰值随着电导率的减小而增大,波形上升变的越来越陡峭,这些模拟结果与实测雷电电磁场变化是一致的。     

陆上风机结构整体振动特性现场监测与分析

文中以某陆上风机结构为研究对象进行现场监测,基于SCADA数据分析了风机的运行状态,并总结归纳风机在不同工况状态下各参数指标的变化规律.依据布置在风机塔筒上的加速度传感器所采集的振动数据进行模态参数识别和振动特性分析.结果表明风机结构的数值模型能够准确地计算得到风机整体振动的各阶频率,可用于塔筒的共振校验分析.并且风机...     

计及建筑物不同位置、高度对雷电回击电磁场的影响及对配网运维重要性研究

由于建筑物的内部和周围有着很多敏感的电气(配网)、电子设备和线缆等,极易遭受感应雷击而损坏,危及人们的生命和财产安全,所以研究建筑物周围电磁场分布情况相当重要。因此,利用闪电回击通道工程模型和通道底部基电流模型,在计算模型中引入建筑物因子,采用时域有限差分算法对二维柱坐标下的雷电电磁场进行了计算,研究在不同地点处建筑物以及不同高度建筑物对回击电磁场分布的影响。研究表明,建筑物对附近空间的电场和磁场都会产生一定的影响,且电场受到的影响要大于磁场。同时,在建筑物远离闪电回击通道的一侧,电场的数值会产生大幅度衰减,说明建筑物对于电场的传播有很强的阻挡、衰减作用。随着建筑物高度的增加,衰减作用也不断增强,电场幅值也持续降低。     

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。     

加速电荷电磁场求解闪电通道辐射场

运用加速运动电荷辐射电磁场原理对闪电回击通道辐射电磁场分析计算。依据闪电回击通道中电流幅度随着高度衰减特征,将模型等效为两部分运动电荷,即通道基底电荷加速运动至回击速度和通道沿线电荷从回击速度减速运动。根据不同运动特征分别求得各自电荷辐射场,两者之间即为闪电通道辐射场。文中讨论了雷电回击辐射场随观测距离、观测高度以及回击速度的变化情况。结果表明,总场与观测距离及观测高度呈负相关,与回击速度呈正相关。本方法避免了电流积分和微分的运算,也有助于理解雷电电磁辐射物理机制。     

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。     

预埋塔筒式风塔基础的有限元分析

利用ANSYS有限元软件对预埋塔筒式风塔基础结构进行了模拟计算与分析,重点剖析容易导致风机基础破坏的强度和刚度薄弱环节。由ANSYS计算结果分析了由于预埋塔筒较浅引起的混凝土的应力变化,及在塔筒结束处应力转向钢筋的过程。从而为工程设计提出建议,避免设计中的安全隐患导致风机基础破坏事故。     

基于改进的偶极子算法对雷击高塔电磁场的计算分析

雷电与高塔发生接闪的瞬间,会在高塔上产生一系列的瞬态反应,从而对高塔及其周围电气电子设备造成严重危害。通过对传统的偶极子算法进行改进,将高塔从雷电通道中分离出来,对高塔所产生的电场进行单独计算,同时改进后的模型将电场的静电项、感应项和辐射项简化只考虑了辐射场的作用,因此形式上更为简便、方便计算。研究表明:高塔内部电流分布,从上向下传输,越接近塔底电流幅值越大,塔底幅值最大;使用改进后的公式对高塔产生的电场进行计算,得到近似结果,证明了简化方法的实用性。     

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。     

基于ATP-EMTP的风电机组雷击过电压分析与防护研究

基于ATP-EMTP仿真软件对风电机组内部的雷电过电压及其相应的防护措施进行了研究。首先分别针对风力发电机、风机变压器、雷电模型、冲击接地电阻、电缆、电涌保护器(SPD)等建立了ATP-EMTP模型。接着通过仿真计算,分析雷电流在风机系统中的分布,比较了冲击接地电阻阻值对雷电过电压的影响。最后,研究了加装SPD对风力发电机机端出口过电压的抑制效果,证实了加装SPD对风机系统雷电过电压的保护作用。     

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。