雷击碳纤维叶片的表面场强分布与附着特性研究

风电场中使用碳纤维叶片的风机正在逐年增多,为了研究碳纤维应用在风机叶片时的雷击附着特性,文中建立了碳纤维和玻/碳纤维混合风机叶片的三维电磁场仿真模型,基于有限积分法和理想边界拟合技术,通过计算不同材料叶片表面场强分布,分析了下行先导位置和叶片材料影响雷击附着特性的原因,研判了接闪器对碳纤维叶片的保护能力。研究结果表明:全碳纤维叶片表面场强分布特性与玻璃纤维叶片相似,但更早且更易产生上行先导;玻/碳纤维混合叶片表面场强分布受材料特性影响呈明显的差异化分布,碳纤维部分较玻璃纤维部分更易受雷击;下行先导的位置对叶片表面场强分布的影响与材料特性相关;雷击附着特性分析显示传统叶片接闪器对碳纤维叶片的保护能力有限。

敷设除冰碳纤维网的风机叶片雷击过电压防护

为解决风机叶片表面覆冰问题,风机叶片中敷设碳纤维网,发热融化覆冰。雷击叶片接闪器时,引下线与碳纤维网间叶片腔体发生击穿。为了研究敷设除冰碳纤维网的风机叶片在雷击时的击穿机理,文中运用ATP⁃EMTP建立了引下线与690 V碳纤维网供电回路模型,分析了雷击叶片时雷电流幅值、波头时间、SPD安装位置和数量、风机接地电阻对引下线与碳纤维网间过电压的影响,提出了等电位连接的雷电防护方式。研究表明:雷击发生时引下线与碳纤维网间的过电压差远远超出叶片内部空气间隙及电缆表层材料的绝缘强度。过电压差与雷电流幅值成正相关关系,当雷电流幅值不变时,过电压差随着雷电流波头时间的增大而迅速降低;过电压差随着SPD安装组数的增加显著降低,仿真得出SPD最优安装方式;未安装SPD时,随着接地电阻增大,暂态过电压略有下降;采用最优安装方式安装SPD时,即使风机接地电阻发生变化,引下线与碳纤维网间的过电压差值几乎不变。

基于物联网技术的智能防雷研究进展

物联网基于信息传感设备与互联网将万物联系起来,构建万物相息的智慧地球。防雷是关系到人民的安全与利益的重要行业,在物联网的时代背景下,传统防雷需要搭乘物联网的"快车",向更加安全化、高速化的智能防雷转变。智能电涌保护器作为防雷系统的核心设备,能够限制窜入电气系统的过电压并泄放浪涌电流,保护电气系统中的设备。基于物联网发展现状,分析智能电涌保护器的工作原理,并从架构层次角度给出区域雷电智能监测预警系统的框架结构。最后,对智能防雷的发展现状进行总结,并对其发展前景进行展望。

风电机组非金属机舱的雷击附着特性数值仿真与防护设计

风电机组的雷电防护是风机安全稳定运行的基本条件,目前国内外对于风电机组的雷电防护主要集中在叶片的防雷研究,对机舱的防雷保护研究较少,而现有的接闪装置无法完全保护机舱。本研究建立含金属桁架与气象站避雷针的机舱模型,通过有限元仿真软件对雷击机舱尾部附着区域进行仿真,进而分析增设不同接闪装置的雷击防护效率,以及改进金属桁架结构对雷击防护效率的影响。研究表明:气象站避雷针无法完全保护机舱;增设的避雷针雷击防护效率高于饼状接闪器,且长度为20 cm的避雷针防护效率最佳;将金属桁架的结构改进后,避雷针的雷击防护效率得到提升。该研究结果对风电机组雷电防护的实际工程实践提供了相关参考作用。

基于500 kV长距离电缆线路的合闸过电压研究

相比于传统的架空线路,电缆线路的容升效应明显,使得在超高压时,合闸过电压严重超过规定值,虽然合闸电阻能较好的降低合闸过电压,但因其增加了断路器的机械复杂性,使线路的可靠性降低,应尽量减少合闸电阻的使用,故笔者对不同长度电缆线路的研究表明:对于500 kV的交流系统,当电缆在100 km以内时应采用并联高抗的方式,当电缆在100 km-200 km应采用加装避雷器的方式,当电缆在200 km-300 km时,其他补偿方式不能满足限制合闸过电压的要求,因此应使用合闸电阻的方式来降低合闸过电压。

雷电电磁脉冲对风机机舱电磁环境的影响与防护研究

当风力发电机的机舱受到雷击时,机舱内会产生雷电电磁脉冲(LEMP),继而影响电子设备运行,甚至严重破坏电子设备。为了研究机舱内的LEMP,首先建立了非金属机舱的全尺寸模型。采用传输线矩阵法对机舱内雷电电磁环境进行了模拟分析。然后研究了在机舱上应用金属屏蔽网的防护措施,包括屏蔽网的网格尺寸和材质对防护效果的影响。结果表明,金属屏蔽网可以有效地降低机舱内的LEMP。屏蔽效果很大程度上取决于屏蔽网材料的导电性和网格尺寸。