风电机组雷击暂态过电压分布规律磁场分析

发布时间：2020-07-01 11:02

【摘要】：随着风力发电的大力推广,风电机组能否安全稳定运行越来越引起人们关注,其中频繁发生的雷电事故对机组的影响就显得尤为突出。雷击事故一方面会使机组各部位暂态电位发生强烈变化,另一方面会造成内部磁场的改变,这些现象会对风电机组的电机和电力电子设备产生影响,可能会干扰风机无法正常工作,也会造成风机的某些元件设备甚至整台风机彻底损坏进而导致风机直接停运。为研究风电机组在遭受雷击时,雷电流在风电机内部产生的暂态过电压分布规律及塔筒内部磁场的分布,在ATP/EMTP仿真软件中搭建风电机组模型,模拟不同雷电流参数下的雷电事故,研究其暂态特性,分别对风电机组叶片的不同部位遭受雷电击中的情况进行模拟,分析雷电过电压分布规律,提出改善措施并验证合理性;接着研究雷电流波头时间的改变对叶片以及塔筒的暂态电位分布的影响,将各部位暂态电位降落比进行比较,分析不同部位的暂态过程差异;最后对塔筒进行网格划分,研究风电机组塔筒的立体暂态电位分布规律。对于电磁场分析,在ANSYS有限元软件中模拟包括叶片、机舱、塔筒在内的风电机组模型,施加外加电路激励后,研究各部位在不同雷电参数下的磁感应强度变化情况;根据洛伦兹条件,从Maxwell方程组入手,计算雷电流微元产生的感应电磁场,矢量合成得到塔筒内某一空间区域内离散点处的磁感应强度,再将合成的磁感应强度曲线与ANSYS对塔筒各部位的磁感应强度仿真结果进行比较,验证方法可行性,研究结果可为后续防雷保护研究提供量化依据,减少有限元模拟的繁琐步骤。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN315
【图文】：

随着风机叶片尖端相对地面高度的增加，造成风电机组被雷电击中的概率进一步增大，从而导致机组各部位设备及器件不同程度的雷电损坏故障率剧增，进而导致对经济损失的问题也十分严峻，所以对风力发电机组雷电防护的而研究显得很有必要。如图1-1所示，风力发电机在遭受雷击后产生的故障类型主要集中在叶片、发电机、变压器、控制系统、测风系统以及轴承等，叶片遭受雷击后，雷电流会沿着叶片内部引下线流经机舱内的轴承、滚子等，再流至塔筒最终将雷电流泄流至大地。此过程中，高强度的雷电流会对风电机组的内部器件和电力电子设备等产生不利影响，轻则影响到风机的正常运行，重则将造成风机某些部件甚至整台风力发电机产生永久性损坏。如图 1-2 所示，风机在发生雷击事故后可能会导致巨额经济损失，据悉，叶片因为遭受雷害事故造成的损失成本很高，对一片叶片进行更换维修将花费一百多万元，更不用说由于风机叶片维护导致风机停运造成的发电量减少的高额损失[4]。除此之外

只是简单的分层分块研究，并没有对叶片到塔筒整个过程的暂态研究，所遭受雷击后产生的磁感应强度分布规律，分析机组内部暂态电位的变化情的暂态传播特性及传播规律，使风电机组遭受雷击后导致的风机损坏状况是很有意义的。图 1-1 风机各部位雷击故障统计Fig. 1-1 Statistics of Lightning Stroke Faults in Different Parts of Wind Turbines

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本文编号：2736671