海洋盐雾附着对风机叶片防雷性能的影响机制研究

摘要

海上风力发电具有广阔的发展前景，然而，一方面，由于海上风力发电机组杆塔更高，叶片更长，所处环境更为空旷，导致其更容易遭受雷击;另一方面，海洋大气湿度高，盐度大，盐雾容易在风机叶片表面积聚，直接影响接闪器的接闪成功率，因此，海上风电机组的雷电防护面临更为严峻的挑战。本文通过揭示风机叶片的雷击概率分布规律，探究海洋盐雾附着对风机叶片防雷性能的影响，为海上风机叶片防雷系统的优化设计提供理论基础。
　　本文基于有限元分析，搭建COMSOL与MATLAB联合仿真平台，针对简化的附着盐雾的风机叶片模型，模拟雷电下行、上行先导的动态发展过程。基于临界接闪时刻，下行先导头部与风机叶片表面潜在接闪点之间的平均电场强度，提出了定量化的“雷击概率模型”，该模型具有一定的普遍性，与风机叶片的形状无关。基于雷击概率模型，本文发现风机叶片表面雷击概率最大的区域集中分布在叶尖接闪器和距离接闪器较近的引下线区域;同叶身其他区域相比，距离引下线或接闪器较近的区域遭受雷击的概率更大。本文开展正极性长间隙放电试验，试验结果与仿真结果相一致，验证了雷击概率模型的有效性。
　　仿真与试验结果表明，在正极性放电过程中，由于盐雾附着区域的电场强度大，电导率高，因此容易积聚大量的带电粒子，增加了该区域的接闪概率，降低了接闪器的接闪成功率。当盐雾距离叶尖接闪器越近时，盐雾附着区域遭受雷击的概率越大;随着盐雾附着区域范围的增加，其对雷击概率的影响也愈加明显。
　　基于雷击概率模型，本文讨论了外界因素对风机叶片防雷性能的影响:当外电极与接闪器之间的侧面距离较小时，接闪器可以为风机叶片提供有效的雷击防护;随着风机叶片角度的增加，越来越多的雷击将击中接闪器区域;雷击接闪点的分布明显受到电压极性的影响，负极性放电过程中，不论风机叶片表面是否有盐雾附着，雷击均击中接闪器区域。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 雷电先导发展过程

1．2．2 风机叶片防雷性能评价

1．2．3 盐雾对材料性能的影响

1．3 本文的主要研究内容

第2章 仿真建模及方法

2．1 长间隙放电与雷电放电的等价性

2．2 附着盐雾的风机叶片简化模型

2．3 雷电先导动态发展机制

2．3．1 雷电下行先导通道电荷分布

2．3．2 风机叶片附近上行先导起始与发展

2．3．3 雷击接闪

2．4 盐雾表面电荷积聚

2．5 本章小结

第3章 风机叶片雷击概率模型及盐雾附着对防雷性能的影响

3．1 空间电场及电位的分布计算

3．2 风机叶片表面雷击概率

3．3 风机叶片表面盐雾对雷击概率的影响

3．4 试验验证

3．4．1 试验平台搭建

3．4．2 正极性长间隙放电试验结果

3．5 本章小结

第4章 外界因素对风机叶片防雷性能的影响

4．1 外电极位置对防雷性能的影响

4．2 风机叶片角度对防雷，l生能的影响

4．3 盐雾附着位置对防雷性能的影响

4．4 盐雾附着范围对防雷性能的影响

4．5 电压极性对防雷性能的影响

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢