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

隨著風機葉片尖端相對地面高度的增加，造成風電機組被雷電擊中的概率進一步增大，從而導致機組各部位設備及器件不同程度的雷電損壞故障率劇增，進而導致對經(jīng)濟損失的問題也十分嚴峻，所以對風力發(fā)電機組雷電防護的而研究顯得很有必要。如圖1-1所示，風力發(fā)電機在遭受雷擊后產(chǎn)生的故障類型主要集中在葉片、發(fā)電機、變壓器、控制系統(tǒng)、測風系統(tǒng)以及軸承等，葉片遭受雷擊后，雷電流會沿著葉片內部引下線流經(jīng)機艙內的軸承、滾子等，再流至塔筒最終將雷電流泄流至大地。此過程中，高強度的雷電流會對風電機組的內部器件和電力電子設備等產(chǎn)生不利影響，輕則影響到風機的正常運行，重則將造成風機某些部件甚至整臺風力發(fā)電機產(chǎn)生永久性損壞。如圖 1-2 所示，風機在發(fā)生雷擊事故后可能會導致巨額經(jīng)濟損失，據(jù)悉，葉片因為遭受雷害事故造成的損失成本很高，對一片葉片進行更換維修將花費一百多萬元，更不用說由于風機葉片維護導致風機停運造成的發(fā)電量減少的高額損失[4]。除此之外

只是簡單的分層分塊研究，并沒有對葉片到塔筒整個過程的暫態(tài)研究，所遭受雷擊后產(chǎn)生的磁感應強度分布規(guī)律，分析機組內部暫態(tài)電位的變化情的暫態(tài)傳播特性及傳播規(guī)律，使風電機組遭受雷擊后導致的風機損壞狀況是很有意義的。圖 1-1 風機各部位雷擊故障統(tǒng)計Fig. 1-1 Statistics of Lightning Stroke Faults in Different Parts of Wind Turbines

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