风电机组雷电过电压防护研究

【摘要】：风电是一种清洁的可再生能源,开发利用风能资源是调整能源结构,实施能源可持续发展的有效手段。我国风能资源丰富,可开发利用的潜力巨大。现在我国风机装机总量跃居世界第一位,成为世界第一风电国。随着风力发电技术的发展,风机容量不断扩大,叶尖高度不断增长,导致风机机组易遭受雷击事故。风机桨叶因其形状结构是风机上最易遭受雷击的部分,当桨叶尖端遭遇雷击后,雷电流沿桨叶注入叶尖根部,经过机舱向塔体传播,最终通过接地装置散入大地。当雷电流流经塔体时,它会在塔体内部电缆和与电力电子设备上产生过电压,损害设备的正常运行。当雷电流流经接地装置时,接地装置自身电阻的存在会造成地电位的抬高,有可能对其它设备造成反击损害。风场是由多台风力发电机组并联而成的,当风机遭遇雷击后,不仅损害该台机组自身,还会威胁风场内其它并联机组安全运行。因此,本文旨在计算风电机组的雷电暂态过电压,并分析各种因素对过电压的影响,为风电机组的安全经济的防雷设计提供了参考依据。本文建立了多台风力发电机组并联的机组整体电气模型。每台机组分别建立了其桨叶模型,机舱模型,塔体模型,接地装置模型,塔体内部电力电缆模型,机组变压器模型,避雷器模型。风机电气模型将实际的风机转化为由许多电容,电感,电阻组成的网络。当雷电流源注入网络后,通过求解电路暂态响应可以计算网络中各节点的雷电过电压大小。论文重点介绍了风机塔体模型电气参数计算,对比现有的不同模型之间的优劣。设计并搭建了缩小比例风机塔体模型,在实验室对雷击风机塔体过程进行了模拟,通过实验结果对比了不同塔体模型之间计算结果的准确性,验证所用模型的正确性。课题还讨论了不同接地方式,接地电阻大小,加入避雷器前后对雷电暂态过电压大小及分布的影响。根据课题的研究结果可以为线路和机组变压器的接地方式及避雷器选择提供参考,并检验工程设计的合理性,从而保证风电机组运行的安全,同时节约成本,达到优化设计的目的。 【关键词】：雷击 风电机组建模 模型对比 雷电暂态过电压 模拟实验 雷电过电压防护
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315;TM862
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1. 研究背景及意义11-13
• 1.2. 国内外研究现状13-14
• 1.3. 论文的主要研究工作14-17
• 第二章 风力发电机组雷电暂态模型17-45
• 2.1 雷电流模型17-20
• 2.2 机组桨叶模型20
• 2.3 机舱模型20-21
• 2.4 塔体模型21-33
• 2.4.1 单一波阻抗模型22
• 2.4.2 分段导体模型22-24
• 2.4.3 离散多导体模型24-28
• 2.4.4 缩小比例模型实验28-31
• 2.4.5 实验结果与分析31-33
• 2.5 接地装置模型33-37
• 2.6 三相电缆模型37-38
• 2.7 变压器模型38-40
• 2.8 避雷器模型40-44
• 2.9 本章总结44-45
• 第三章 风力发电机组雷电暂态响应分析45-55
• 3.1 桨叶雷电暂态响应45-46
• 3.2 机舱雷电暂态响应46-47
• 3.3 塔体雷电暂态响应47-49
• 3.4 电缆屏蔽层与芯线雷电暂态响应49-51
• 3.5 机组变压器雷电暂态响应51-52
• 3.6 并联机组雷电暂态响应52-53
• 3.7 本章总结53-55
• 第四章 风力发电机组雷电防护研究55-73
• 4.1 接地方式的影响55-65
• 4.1.1 独立接地55-59
• 4.1.2 公共接地59-65
• 4.2 降低接地电阻的措施65-67
• 4.2.1 接地点的选择65-66
• 4.2.2 降低接地电阻的技术措施66-67
• 4.3 避雷器对雷电电涌的防护作用67-70
• 4.3.1 雷击桨叶时电涌防护67-69
• 4.3.2 来自机组变压器高压侧过电压防护69-70
• 4.4 本章总结70-73
• 第五章 总结73-75
• 参考文献75-79
• 作者简历及攻读硕士取得的研究成果79-83
• 学位论文数据集83

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