风机桨叶的雷击电弧热效应与机械爆裂机制
发布时间：2021-08-01 09:07
随着风力发电的规模化快速发展,风电机组的单机容量与机身高度都不断增大,百米以上的高空旋转叶片极易遭受雷击。风机叶片一旦遭受雷击故障,需花费大量的人力和物力进行维修或更换,经济损失巨大。提高风电机组的雷击防护能力,除了加强雷击接闪系统的优化设计外,还需增强叶片材料和机械结构自身的雷击耐受能力,这就需要深入研究雷击电弧冲击效应对桨叶材料和叶身结构的损伤以及爆裂破坏机制,为叶片材料选取和机械结构的防雷设计提供理论依据。本文研究雷击电弧作用下风机叶片的材料损伤与冲击爆裂机制,重点开展了以下几个方面的研究工作:雷击叶身时沿面、夹层或内部击穿电弧的发展路径演化特性是研究桨叶气爆效应的前提。本文采用风机叶片平板模型,借鉴并改进IEC 61400 24 2010冲击电压扫掠实验,获得了典型叶片结构中电气薄弱区域的分布特征,指出雷击电弧主要包含沿面电弧和空气电弧两部分,并呈现一定的极性效应,负极性电压下电弧倾向于沿材料表面发展,且电压越高,沿面电弧长度越大。实验结果还表明,叶片的夹芯材料区域,特别是主梁与后缘夹芯的交界处以及靠近叶尖的包裹蒙皮处为电气击穿的薄弱区域,由此提出融合击穿点数量和击穿区域跨度的...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２风机叶片雷击故障案例??Ｆｉｇ．?１－２?Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ?ｆａｕｌｔｓ?ｏｆ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｂｌａｄｅ??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]高速列车静态升降弓电弧的磁流体动力学仿真研究[J]. 朱光亚,吴广宁,高国强,古圳. 高电压技术. 2016(02)
[2]高速列车弓网电弧温度场特性仿真研究[J]. 马云双,高国强,朱光亚. 高电压技术. 2015(11)
[3]考虑潜供电弧初始位置随机性的电弧仿真模型[J]. 李庆民,行晋源,丛浩熹,陈强,李劲松,李庆余. 高电压技术. 2015(06)
[4]半波长输电线路潜供电弧多场耦合的动力学建模研究[J]. 行晋源,李庆民,丛浩熹,陈强,李劲松,李庆余. 中国电机工程学报. 2015(09)
[5]非对称等离子体弧温度场三维重建[J]. 孙晶,郑庆余,徐文骥,黄帅,刘新. 兵工学报. 2014(07)
[6]飞机复合材料板雷电损伤的试验研究[J]. 胡好,姚红,司晓亮,仇善良,段泽民. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2014(04)
[7]复合材料层合板雷击烧蚀损伤影响因素分析[J]. 丁宁,赵彬. 材料热处理学报. 2014(02)
[8]上海及周边地区地闪活动特征及海陆差异[J]. 宋晓爽,郑栋,张义军,姚雯,戴建华,王强. 气象科技. 2014(01)
[9]基于分形理论的飞机雷击初始附着点的数值模拟[J]. 孙柯岩,赵小莹,张功磊,臧洪明. 物理学报. 2014(02)
[10]基于电磁逆问题求解的开关电弧形态重构方法研究[J]. 张鹏飞,张国钢,杨博宇,刘婉莹,耿英三. 中国电机工程学报. 2013(12)
博士论文
[1]雷击特高压输电线路先导连接过程数值模拟研究[D]. 师伟.山东大学 2015
[2]小间隙真空电弧的数值仿真与实验研究[D]. 向川.大连理工大学 2012
[3]真空开关电弧形态研究及其等离子体参数诊断[D]. 董华军.大连理工大学 2009
[4]低气压下绝缘子（长）串污闪特性及直流放电模型研究[D]. 张志劲.重庆大学 2007
[5]多层多孔结构内热湿耦合迁移特性研究[D]. 苏向辉.南京航空航天大学 2002
硕士论文
[1]高强混凝土火灾后力学性能退化及高温爆裂机理研究[D]. 高宇剑.中国矿业大学 2014
[2]弓网电弧磁流体动力学模型及温度分布研究[D]. 韩伟锋.西南交通大学 2014
[3]基于CCD辐射能图像的焚烧系统温度场重建技术研究[D]. 王兴刚.浙江大学 2010
[4]卫星观测的中国近海及登陆中国台风中的闪电特征研究[D]. 王艳.中国气象科学研究院 2009
本文编号：3315234
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：115 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２风机叶片雷击故障案例??Ｆｉｇ．?１－２?Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ?ｆａｕｌｔｓ?ｏｆ?ｗｉｎｄ?ｔｕｒｂｉｎｅ?ｂｌａｄｅ??
电方面的研究。华北电力大学的行晋源｜１Ｕ２］根据空间电导率的大小建立电弧在??空气中沿不同路径发展的概率模型，模拟得到了短路电流引起的潜供电弧初始??路径（如图１－５所示），通过分析电磁力、空气阻力、热浮力和风载荷对电弧??运动的影响，得到了潜供电弧运动轨迹；山东大学的师伟认为当雷电负极性下??行先导己发展点与潜在发展点之间的平均电场强度大于先导在大气环境中发展??的临界击穿场强时，先导就可能向这一潜在发展点发展，发展的概率与该平均??电场强度有关，如式（１－１），并由此建立了多分支的下行先导发展模型，计算??得到了多分支的雷电下行先导发展路径，结合上行先导以及连接过程的仿真计??算，得到了雷电先导多分支路径［１３］，如图１－６所示。??４??
：ｒ＾＿ｉ＝！?ｐ＇ｌｊｔ；?ｍ＇ｈｔｊ??ｉ！?ｕ?＊：ｉ?ｉ１?ｆ；?！＇?！；?Ｉｆ?ｉ??丨”普”＂卜１卜’：＂善－??！ｉ！?！?！：｜?＾?ｉ?ｉ?！；?ｎ?；ｉ??图１－５潜供电弧初始路径ｌ１１】??Ｆｉｇ．?１－５?Ｉｎｉｔｉａｌ?ｐａｔｈ?ｏｆ?ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?ａｒｃ??４丨取；７）卜?＼Ｅ（ｎ，ｎ）＼＞＿Ｅｃ??／？（／？？，?７？）?＝?Ｊ＾（｜＾（ｍ，？）｜－￡＇ｃ）；７?（１－１）??１??０?｜￡（ｍ，／？）｜?＜?Ｅｃ??式中，是击穿概率指数＂＝１；?Ｐ〇，?７７）为先导由》７点向ｎ点发展的可能性；??＆为先导在大气中发展的临界击穿场强；￡（ｍ．？）是己点；》与点ｎ之间的平均场??强；Ｎ为此种可能击穿点的个数。??１１??图１－６雷电先导观测结果与仿真结果的对比１｜３１??Ｆｉｇ．?１－６?Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｐａｔｈ?ｏｆ?ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ?ｌｅａｄｅｒ??１９５８年，德国学者Ｏｂｅｎａｕｓ首次提出污秽绝缘子沿面闪络的平板模型Ｍｌ，??如图１－７所示，数学表达式如式（１－２）。其中，Ｒ?／分别为外施电压及其引发??的电弧电流、泄漏电流；Ｉａ为己发展电弧长度？，沁为未发展部分电阻；Ｃ、ｎ??为反映电弧特性的常数
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速列车静态升降弓电弧的磁流体动力学仿真研究[J]. 朱光亚,吴广宁,高国强,古圳. 高电压技术. 2016(02)
[2]高速列车弓网电弧温度场特性仿真研究[J]. 马云双,高国强,朱光亚. 高电压技术. 2015(11)
[3]考虑潜供电弧初始位置随机性的电弧仿真模型[J]. 李庆民,行晋源,丛浩熹,陈强,李劲松,李庆余. 高电压技术. 2015(06)
[4]半波长输电线路潜供电弧多场耦合的动力学建模研究[J]. 行晋源,李庆民,丛浩熹,陈强,李劲松,李庆余. 中国电机工程学报. 2015(09)
[5]非对称等离子体弧温度场三维重建[J]. 孙晶,郑庆余,徐文骥,黄帅,刘新. 兵工学报. 2014(07)
[6]飞机复合材料板雷电损伤的试验研究[J]. 胡好,姚红,司晓亮,仇善良,段泽民. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2014(04)
[7]复合材料层合板雷击烧蚀损伤影响因素分析[J]. 丁宁,赵彬. 材料热处理学报. 2014(02)
[8]上海及周边地区地闪活动特征及海陆差异[J]. 宋晓爽,郑栋,张义军,姚雯,戴建华,王强. 气象科技. 2014(01)
[9]基于分形理论的飞机雷击初始附着点的数值模拟[J]. 孙柯岩,赵小莹,张功磊,臧洪明. 物理学报. 2014(02)
[10]基于电磁逆问题求解的开关电弧形态重构方法研究[J]. 张鹏飞,张国钢,杨博宇,刘婉莹,耿英三. 中国电机工程学报. 2013(12)
博士论文
[1]雷击特高压输电线路先导连接过程数值模拟研究[D]. 师伟.山东大学 2015
[2]小间隙真空电弧的数值仿真与实验研究[D]. 向川.大连理工大学 2012
[3]真空开关电弧形态研究及其等离子体参数诊断[D]. 董华军.大连理工大学 2009
[4]低气压下绝缘子（长）串污闪特性及直流放电模型研究[D]. 张志劲.重庆大学 2007
[5]多层多孔结构内热湿耦合迁移特性研究[D]. 苏向辉.南京航空航天大学 2002
硕士论文
[1]高强混凝土火灾后力学性能退化及高温爆裂机理研究[D]. 高宇剑.中国矿业大学 2014
[2]弓网电弧磁流体动力学模型及温度分布研究[D]. 韩伟锋.西南交通大学 2014
[3]基于CCD辐射能图像的焚烧系统温度场重建技术研究[D]. 王兴刚.浙江大学 2010
[4]卫星观测的中国近海及登陆中国台风中的闪电特征研究[D]. 王艳.中国气象科学研究院 2009
本文编号：3315234
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