风电机组的防雷接地研究及其在乳源大布风电场中的应用

摘要

风电机组因受到周边地形、气候水文、土壤条件及其自身高度等多重因素影响，受到雷电的侵袭几率大，如果遭遇直击雷，雷电流会沿叶片从上往下流经风机整个表层系统，最后经接地装置入地，在此过程中，风机的主要构件和风机内部的弱电系统都将受到严重干扰甚至发生损坏。在全球风电装机总容量和风电场建设规模逐年扩增的背景下，研究如何使风机保持安全稳定运行更突显其社会经济价值，对于风力发电机组的防雷接地分析与研究具有极大的必要性和紧迫性。 论文分析了风电机组雷电灾害的主客观原因，基于雷电流对风电机组的放电过程研究的现有成果，分析了风电机组雷击特性的多方面内容，重点介绍了直击雷和非直击雷对风电机组不同部位的危害及相应防治措施，在风电机组的接地研究中，重点分析了雷击过程中机组接地装置的冲击特性机制，研究了在不同条件下接地网冲击接地电阻变化规律，同时介绍了典型的风机接地装置设计结构及其主要降阻措施及原理。 为更进一步对风电机组防雷接地进行研究，掌握风机雷击时不同部位的暂态过电压的分布规律，必须对风机建立电气模型进行仿真，论文依据风机通用建模数学方法，并根据严谨的计算公式计算实际模型中的参数值，运用国际通用的电磁暂态分析仿真软件ATP-EMTP搭建了单台风机主要部件模型，包括风机桨叶、机舱、塔筒、线缆、接地装置、避雷器等相关部件，建立了单台风机的雷电暂态响应分析模型，研究了部分机组构件上的雷电过电压分布情况，重点分析了分布于塔筒内部的电缆的芯线与其屏蔽层上雷电过电压，分析风机接地电阻对于雷电暂态效应的影响，同时对浪涌保护器的实际效果进行了仿真。 最后在乳源大布风机的接地工程中，根据工程实际测量值，设置三组土壤电阻率区间对每台风机进行分组，以此为根据将风电场的机组接地网型式设计为A型、B型、C型三种接地网形式，通过配合使用适量膨润土降阻防腐剂有效降低接地网的接地电阻值，并通过论证和计算验证了三种型式接地网的多方面性能，均满足了国家相关规定的设计要求。根据风电场的实际情况，其雷电发生率较高，因此论文对于风机的防雷措施分别从内部保护与外部保护两个方面提出了改进的建议和意见。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1课题背景及意义

1．2国内外研究概况

1．3论文主要工作内容

第二章风电机组防雷与接地相关技术分析

2．1风电机组雷电灾害原因分析

2．1．1雷暴强弱的影响

2．1．2海拔与风机高度的影响

2．1．3土壤电阻率的影响

2．1．4接地电阻的影响

2．1．5雷电防护水平的影响

2．2风电机组雷击过程分析

2．2．1雷电对风电机组的放电过程分析

2．2．2风电机组雷击部位分析

2．2．3风电机组的有效截收面积与年均雷击次数计算

2．3不同雷击形式对风电机组的危害及防护措施

2．3．1直击雷对风电机组的危害及防护

2．3．2非直击雷对风电机组的危害及防护

2．4风电机组的接地研究

2．4．1接地网的冲击特性研究

2．4．2接地网；中击接地电阻影响因素研究

2．4．3风电机组典型接地设计及降阻方法研究

2．5本章小结

第三章风电机组建模及雷电暂态过电压仿真分析

3．1风机暂态建模分析

3．1．1雷电流模型

3．1．2叶片模型

3．1．3机舱模型

3．1．4塔筒与线缆耦合模型

3．1．5接地网模型

3．1．6浪涌保护器模型

3．2风电机组雷电暂态过电压分析

3．2．1叶片雷击暂态效应

3．2．2塔筒雷击暂态效应

3．2．3电缆屏蔽层与芯线雷电暂态效应

3．2．4浪涌保护器对于芯线雷电过电压的防护作用分析

3．3本章小结

第四章乳源大布风机接地网设计及防雷措施改进

4．1 乳源大布风电场工程概况

4．1．1地形地貌

4．1．2气象水文

4．1．3地质条件

4．1．4工程特性及土壤电阻率的测量

4．2接地网方案设计

4．2．1设计原则

4．2．2风机接地网设计方案

4．3接地网实施过程综述

4．3．1所需总材料及设备

4．3．2接地网的安装过程

4．4接地网性能评估

4．4．1接地网可靠性评估

4．4．2接地网散流能力分析

4．4．3接地网总体评估

4．5风电机组防雷措施改进

4．5．1 风机叶片和机舱的雷电防护改进

4．5．2风机内部设施的雷电防护改进

4．6本章小结

结论

参考文献

致谢

附录