风力发电机雷电损害分析及风险评估方法研究

摘要

风电产业迅速发展,风机设备逐步大型化,导致风机雷击灾害损失日益严重。为减少风机的雷击灾害,近年来针对风机雷电灾害风险的评估方法研究成为热点。
　　目前,国内外针对风机尚无完善的评估标准,因此,本文研究分析风机雷电灾害的特殊性,探索适合风机的雷电灾害风险评估方法。在雷电对风机放电过程中,分别从风机遭受直击雷和LEMP的危害出发,结合风机结构特点,分析风机遭受雷击灾害的特殊性,针对现行雷电灾害风险评估方法在对风电设施评估中的不足,综合考虑等电位连接、屏蔽、布线方式等影响因素,将二次损坏因子引入风电机组的雷电灾害风险评估方法中,并通过分析说明引入的必要性和合理性。同时,通过分析国内外雷电灾害风险评估现状,总结目前风电灾害风险评估存在的问题。
　　借鉴相关规范中雷击有效截收面积的计算方法,对比分析现有计算方法的不足,充分考虑风机叶片对电场的扰动因素,提出适合风电设备的有效雷击截收面积计算方法,用于风机雷电灾害风险评估。使用本评估方法对某风电设施进行雷电灾害风险评估实践,并使用现有风险评估方法对相同设施进行评估,对比分析两种方法的评估结果,总结本评估方法的优越性,对比分析评估结果中风机各风险分量的数据特点,结合风机发生雷电灾害的实际情况,分析了二次损害在风机雷电灾害中的危害,验证了本评估方法的合理性;根据风险评估结果对该防雷工程提出了改进建议。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 国内外风电防雷相关标准分析

1.2.2 风电机组防雷存在的问题

1.2.3 雷电灾害风险评估研究现状

1.3 研究内容、方法和创新点

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

1.3.3 创新点

第二章 雷击对风电设备的危害

2.1 雷电对风机放电过程分析

2.2 直击雷的物理损害

2.2.1 直击雷对风机叶片损坏

2.2.2 直击雷对风力发电机传动系统的损坏

2.3 雷电流对风机设备的危害

2.3.1 暂态电位抬高对风电设备危害

2.3.2 雷电流电磁脉冲对风电设备危害

2.3.3 二次损坏对风电设备危害

2.4 本章小结

第三章 风机雷电灾害风险影响因素

3.1 环境因素的影响

3.1.1 气候条件对雷电发生概率的影响

3.1.2 地形条件对雷击发生概率的影响

3.2 风机接地电阻的影响

3.2.1 接地方式选择的影响

3.2.2 土壤电阻率的影响

3.3 等电位连接效果的影响

3.4 屏蔽效果的影响

3.5 浪涌保护器安装效果的影响

3.6 风力发电机组内部设施影响

3.7 本章小结

第四章 风机雷电灾害风险评估方法探讨

4.1 风力发电机对附近电场分布的影响

4.2 风机叶片在雷电击中风机过程中的影响

4.3 风机叶片尖端感应电动势的分析

4.4 对比分析IEC/TR 61400-24中雷击有效截收面积计算公式

4.5 对雷击有效截收面积计算公式的改进

4.6 本章小结

第五章 风机雷电灾害风险评估方法研究

5.1 风电机雷电灾害损害来源和损失类型划分

5.1.1 雷击灾害源划分

5.1.2 雷击导致损失类型

5.2 风力发电机雷击风险和风险分量

5.2.1 风力发电机雷击风险

5.2.2 风力发电机的风险分量

5.3 风电机雷电灾害风险计算

5.4 风机雷电灾害发生损害概率分析

5.4.1 风机叶片损害风险的概率

5.4.2 风机电气设施损害的概率

5.5 风电机的损失量

5.5.1 缩减因子

5.5.2 损失率

5.6 本章小结

第六章 某风电场风机雷电灾害风险评估实践

6.1 风电场的具体条件

6.1.1 风电场地理位置地势条件

6.1.2 风电场雷暴条件

6.1.3 风电场土壤条件及接地情况

6.2 风电设备雷击灾害发生概率的计算

6.3 风机雷电灾害风险分量计算

6.4 风机雷电灾害风险分量的分析

6.4.1 本评估结果与IEC-62305评估方法结果的对比分析

6.4.2 风机雷击风险分布情况

6.4.3 对风机雷击风险分布原因的分析

6.5 风机雷电防护的改进建议

6.5.1 风机叶片和机舱的保护

6.5.2 风机内部设施的保护

6.6 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硏究生期间发表论文和参加项目