【摘要】：隨著風(fēng)力發(fā)電的大力推廣,風(fēng)電機(jī)組能否安全穩(wěn)定運(yùn)行越來越引起人們關(guān)注,其中頻繁發(fā)生的雷電事故對(duì)機(jī)組的影響就顯得尤為突出。雷擊事故一方面會(huì)使機(jī)組各部位暫態(tài)電位發(fā)生強(qiáng)烈變化,另一方面會(huì)造成內(nèi)部磁場(chǎng)的改變,這些現(xiàn)象會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的電機(jī)和電力電子設(shè)備產(chǎn)生影響,可能會(huì)干擾風(fēng)機(jī)無法正常工作,也會(huì)造成風(fēng)機(jī)的某些元件設(shè)備甚至整臺(tái)風(fēng)機(jī)徹底損壞進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)直接停運(yùn)。為研究風(fēng)電機(jī)組在遭受雷擊時(shí),雷電流在風(fēng)電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓分布規(guī)律及塔筒內(nèi)部磁場(chǎng)的分布,在ATP/EMTP仿真軟件中搭建風(fēng)電機(jī)組模型,模擬不同雷電流參數(shù)下的雷電事故,研究其暫態(tài)特性,分別對(duì)風(fēng)電機(jī)組葉片的不同部位遭受雷電擊中的情況進(jìn)行模擬,分析雷電過電壓分布規(guī)律,提出改善措施并驗(yàn)證合理性;接著研究雷電流波頭時(shí)間的改變對(duì)葉片以及塔筒的暫態(tài)電位分布的影響,將各部位暫態(tài)電位降落比進(jìn)行比較,分析不同部位的暫態(tài)過程差異;最后對(duì)塔筒進(jìn)行網(wǎng)格劃分,研究風(fēng)電機(jī)組塔筒的立體暫態(tài)電位分布規(guī)律。對(duì)于電磁場(chǎng)分析,在ANSYS有限元軟件中模擬包括葉片、機(jī)艙、塔筒在內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組模型,施加外加電路激勵(lì)后,研究各部位在不同雷電參數(shù)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化情況;根據(jù)洛倫茲條件,從Maxwell方程組入手,計(jì)算雷電流微元產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場(chǎng),矢量合成得到塔筒內(nèi)某一空間區(qū)域內(nèi)離散點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度,再將合成的磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線與ANSYS對(duì)塔筒各部位的磁感應(yīng)強(qiáng)度仿真結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證方法可行性,研究結(jié)果可為后續(xù)防雷保護(hù)研究提供量化依據(jù),減少有限元模擬的繁瑣步驟。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN315
【圖文】：

隨著風(fēng)機(jī)葉片尖端相對(duì)地面高度的增加，造成風(fēng)電機(jī)組被雷電擊中的概率進(jìn)一步增大，從而導(dǎo)致機(jī)組各部位設(shè)備及器件不同程度的雷電損壞故障率劇增，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)經(jīng)濟(jì)損失的問題也十分嚴(yán)峻，所以對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雷電防護(hù)的而研究顯得很有必要。如圖1-1所示，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在遭受雷擊后產(chǎn)生的故障類型主要集中在葉片、發(fā)電機(jī)、變壓器、控制系統(tǒng)、測(cè)風(fēng)系統(tǒng)以及軸承等，葉片遭受雷擊后，雷電流會(huì)沿著葉片內(nèi)部引下線流經(jīng)機(jī)艙內(nèi)的軸承、滾子等，再流至塔筒最終將雷電流泄流至大地。此過程中，高強(qiáng)度的雷電流會(huì)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的內(nèi)部器件和電力電子設(shè)備等產(chǎn)生不利影響，輕則影響到風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，重則將造成風(fēng)機(jī)某些部件甚至整臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生永久性損壞。如圖 1-2 所示，風(fēng)機(jī)在發(fā)生雷擊事故后可能會(huì)導(dǎo)致巨額經(jīng)濟(jì)損失，據(jù)悉，葉片因?yàn)樵馐芾缀κ鹿试斐傻膿p失成本很高，對(duì)一片葉片進(jìn)行更換維修將花費(fèi)一百多萬元，更不用說由于風(fēng)機(jī)葉片維護(hù)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)停運(yùn)造成的發(fā)電量減少的高額損失[4]。除此之外

只是簡(jiǎn)單的分層分塊研究，并沒有對(duì)葉片到塔筒整個(gè)過程的暫態(tài)研究，所遭受雷擊后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布規(guī)律，分析機(jī)組內(nèi)部暫態(tài)電位的變化情的暫態(tài)傳播特性及傳播規(guī)律，使風(fēng)電機(jī)組遭受雷擊后導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)損壞狀況是很有意義的。圖 1-1 風(fēng)機(jī)各部位雷擊故障統(tǒng)計(jì)Fig. 1-1 Statistics of Lightning Stroke Faults in Different Parts of Wind Turbines

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本文編號(hào)：2736671