【摘要】：為了提高風力發(fā)電的經(jīng)濟效應(yīng),發(fā)展大容量風力發(fā)電機組已經(jīng)成為未來風電市場的必然趨勢。但隨著發(fā)電容量的提升,風機的葉片長度和整機高度也必然隨之增加,這會導致風電機組的雷擊風險大大提高。雷擊風電機組會造成的巨大的經(jīng)濟損失。在雷擊造成損壞的各風機部件中,以葉片的受損的情況最為嚴重,會帶來最高的維修費用和最長的停工時間,這極大的影響了風機的經(jīng)濟效益。因此,亟待提出一種在雷擊風力發(fā)電機組時能夠?qū)θ~片進行有效保護的措施。利用Ansoft對葉片進行電磁場仿真,首先確認了風機的葉尖是雷電的易擊點,必須要安裝金屬接閃器加以保護;同時葉身也存在一定的雷擊風險,還要額外在葉身上安裝接閃器以實現(xiàn)對整個葉片的有效保護。根據(jù)初步電磁場仿真的結(jié)果,本文提出了五種有效的接閃器方案。由于電磁場仿真存在一定的局限性,單依靠電場強度來判斷各個方案的有效性的方法存在不合理之處。因此,本文考慮到先導發(fā)展模型是與實際中葉片上上行先導起始物理過程最為接近的模型,提出了一種基于先導發(fā)展模型而建立的風機葉片接閃模型,以此來對各方案的有效性進行比較�；陔娢换兊目臻g電荷的計算方法,本文推導了適用于單個葉尖接閃器的葉片先導發(fā)展模型。但通過對先導起始條件進行分析,認為實際中雷擊風電機組時,葉片往往處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài);同時葉片上往往安裝有多個接閃器,容易產(chǎn)生多個上行先導并形成競爭態(tài)勢。因此,需要根據(jù)實際工況對風機葉片上先導發(fā)展模型進行改進。本文根據(jù)負極性流注的能量平衡方程推導了葉片上先導起始時的溫度計算公式,改進了先導起始條件,得到了適合多接閃器方案的葉片接閃模型,并通過數(shù)值計算得到了各方案中接閃器的擊距。結(jié)合電氣幾何法,根據(jù)得到的擊距做出各方案的電氣幾何圖,并針對風機葉片單接閃器和多接閃器的情況,分別推算了暴露距離計算公式,利用風機防雷系統(tǒng)效率計算公式推算了各個方案的屏蔽效率,最終確認了葉尖安裝1個接閃器、葉身均勻安裝2個接閃器的方案對葉片有最好的保護效果。
【學位授予單位】：西華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM315
【圖文】：

電場所面臨的雷擊問題的嚴重程度有所不同。 IEC61400-24 中統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，在德國、瑞典等處于低落雷率區(qū)的歐洲風力發(fā)電機組每年有 4-8 臺遭受雷擊而損壞；對于發(fā)電容量大于 450kW 的組，其葉片受損率可高達 41%，遠超風電機組其它部件，如圖 1.4 所示。

圖 1.6 不同金屬接閃器類型Fig.1.6 Different types of metal receptors運行經(jīng)驗總結(jié)機葉片具有偶然性，會因為地理環(huán)境、雷電流參數(shù)、風機型號、影響而導致結(jié)果出現(xiàn)一定的差異性，但通過大量數(shù)據(jù)總結(jié)出來的的雷電防護具有指導意義。際運行經(jīng)驗的總結(jié)，我們大致可以得出以下結(jié)論：葉尖是雷電易擊點，雷擊點往往集中在葉尖 1~5m 的區(qū)域范圍內(nèi)[6表面污染、受潮，或者存在瑕疵（導致幾何形狀不規(guī)則）的葉片，面之間的強場中，相對更容易出現(xiàn)電暈放電的現(xiàn)象，這就意味著沿海地區(qū)由于鹽霧濃度大，葉片上污染受潮的情況嚴重，更易被雷更為嚴峻。因為海岸風速高，往往采用掃風面積更大、發(fā)電量更 I 級風力發(fā)電機組，因此海上風電場面臨的雷擊受損情況比陸地

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本文編號：2731039