风力发电机雷电暂态过电压分析

发布时间：2017-07-16 21:00

  本文关键词：风力发电机雷电暂态过电压分析

  更多相关文章： 风力机 雷击 控制电缆 电磁耦合 ATP-EMTP 过电压 地电位 排列方式

【摘要】：随着风电场的规模和单台风力发电机额定容量不断提高,风力发电机安全、可靠运行的问题也逐渐受到重视。雷击是风力发电机故障的主要原因之一,风力发电机的主要雷电附着点包括叶片、机舱和塔筒本身。当雷击风力发电机时,雷电流从附着点注入到泄入大地的过程中,将在风机内部线路及设备中产生感应过电压和过电流,造成设备损坏,甚至浪涌电压通过电缆和接地网侵入风电场中其它机组设备中,扩大雷害范围。为了研究风力发电机组遭受雷击时,雷电流在塔筒内控制电缆中产生的感应电压、机组地电位和风电场中箱变两侧暂态电压的水平,首先利用电网络理论对风力机叶片、塔筒、控制电缆和风电场接地网等设备的物理模型进行分析,给出了各设备等值电气网络中参数的计算方法;然后根据某风电场设备的主要技术参数,搭建了塔筒-传输线、电力电缆、变压器、避雷器以及接地装置的EMTP仿真模型;最后分别讨论了单台机组遭受雷击时,接地电阻、雷电流波形和塔筒高度等因素对雷电流入地过程中控制电缆上的暂态电压分布和机组地电位抬升的影响,并进一步研究了联合单元中单机遭受雷击时,其它机组箱变两侧暂态过电压的分布特征,同时也分析了机组的布置方式和雷击不同机组对风电场过电压分布的影响。研究结果表明:塔筒与控制电缆屏蔽层间电压受接地电阻的影响较小,但其随着雷电流波头陡度和塔筒高度增加而增大,且呈现出顶部大底部小的特点。而控制电缆屏蔽层与芯线间(绝缘层)电压将出现两头较大,中间较小的“U型”分布特点,其值与接地电阻和波头时间成反比关系,且塔筒高度不影响电压的分布趋势,但影响其大小,塔筒越高,塔筒相同比例区间的电压越大。电缆芯线感应电压分布的整体形状类似开口向上的抛物线,电压与接地电阻成正比,电压不仅随着波头增大减小,而且芯线电压曲线还愈发平坦,波头时间增至8ms后对电压的影响将不再明显,同时芯线电压随着塔筒高度的增加而增大。接地电阻仅影响地电位幅值,而波头影响其上升速度和幅值,当波头时间超过8ms后,由波头引起的地电位上升影响不再明显,塔筒高度对其影响不大。风力机遭受雷击时,箱变高、低压侧的电压波形畸变且电压幅值突升。机组直线和十字排列时,直线排列对风电场暂态电压和地电位抬升影响更小。研究结果可为风力发电机组防雷保护设计提供理论参考,具有一定工程实际意义,同时对减少风电场因雷击所产生的经济损失具有重要的社会经济价值。
【关键词】：风力机 雷击 控制电缆 电磁耦合 ATP-EMTP 过电压 地电位 排列方式
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题背景与研究意义11-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.3 主要研究内容及创新点16-19
• 1.3.1 论文主要研究内容16-17
• 1.3.2 论文创新点17-19
• 第二章 风力发电机设备等值参数计算19-35
• 2.1 风力发电机雷击损坏机理19-22
• 2.2 叶片22-23
• 2.3 塔筒23-26
• 2.4 控制电缆26-28
• 2.5 电缆与塔筒之间的耦合参数28-30
• 2.5.1 耦合电感28-30
• 2.5.2 耦合电容30
• 2.6 接地装置30-33
• 2.6.1 风力机接地装置30-32
• 2.6.2 风电场接地网32-33
• 2.7 风力机的暂态等值网络33-34
• 2.8 小结34-35
• 第三章 风力发电场EMTP建模35-47
• 3.1 风电场概述35-39
• 3.2 雷电放电模型39-42
• 3.2.1 双指数函数39-40
• 3.2.2 霍德勒（Heidler）函数40-42
• 3.3 塔筒-传输线模型42
• 3.4 单元接线模型42-44
• 3.5 风电场模型44-46
• 3.6 小结46-47
• 第四章 风电场雷电暂态过电压特性研究47-71
• 4.1 控制电缆雷电暂态过电压47-58
• 4.1.1 接地装置参数47-51
• 4.1.2 雷电流波头时间51-55
• 4.1.3 风力机组高度55-58
• 4.2 接线单元雷电暂态过电压58-60
• 4.3 风电场雷电暂态过电压60-65
• 4.4 雷击方式对风电场暂态过电压的影响65-69
• 4.5 小结69-71
• 第五章 风电场雷电过电压防护71-79
• 5.1 叶片的雷电防护71-73
• 5.1.1 雷击对叶片的危害71-72
• 5.1.2 防护措施72-73
• 5.2 塔内设备的雷电防护73-76
• 5.2.1 雷击对塔内设备的危害73
• 5.2.2 防护措施73-76
• 5.3 箱变的雷电防护76-77
• 5.3.1 雷击对箱变的危害76
• 5.3.2 防护措施76-77
• 5.4 小结77-79
• 结论与展望79-83
• 结论79-80
• 未来展望80-83
• 参考文献83-89
• 致谢89-91
• 附录A （攻读学位期间发表论文目录）91-92
• 附录B （风电场电气主接线）92

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