接地电阻对风机桨叶引雷能力影响模拟试验

为研究风电机组桨叶的引雷能力与风电机组接地电阻大小关系,采用标准操作波和雷电波分别对按照1:100比例缩小的两桨叶和三桨叶风机模型进行大量的放电试验。结果表明,风机桨叶的引雷能力和接地电阻的大小呈负相关关系,接地电阻越小,相关性越强。该试验结果表明风电机组接地性能对防雷措施有影响,能够定性地证明,提高风机的接地性能有助于改善风机叶片防雷措施的防雷效果。试验结论为海上风电机组接地方案和防雷方案的模拟试验设计提供了参考。

接闪器对旋转风机引雷能力影响的试验研究

为研究接闪器对旋转风机引雷能力的影响机理,设计了典型2 MW容量风机的1:30微缩模型,考虑了叶尖部分2种典型接闪器类型,利用波形参数为-250/2 500μs的负极性操作冲击波开展了旋转风机模型的接闪放电试验。试验采用升降法获取了各工况条件下的50%放电电压,并进行了放电过程观测。试验结果表明:在长度为1 m的间隙条件下,间隙的击穿电压随着叶片转速的升高而提升,最多提升4.07%;同时,随着接闪器曲率半径的增大,间隙击穿电压降低,迎面流注的连接位置更加接近高压电极,风机的引雷能力也增强,叶片转动对风机引雷能力的影响程度减小。分析认为,接闪器的曲率半径和叶片的转动改变了叶尖区域的电荷分布,对叶尖接闪器流注的产生和发展产生影响,从而改变了风机的引雷能力。试验结果为风电机组的接闪器设计提供了参考借鉴。

接地电阻对高塔引雷能力影响的模拟试验研究及放电观测

为了研究引雷塔的引雷能力与其接地电阻大小的关系,将引雷塔按照1:12.5的缩小比例制作模型塔,采用标准负极性操作波对模型塔进行大量的放电试验,试验过程中引雷塔模型分别经过10?和100?的电阻进行接地,采用升降法获取了间隙50%放电电压,并对放电过程进行观测。试验结果表明:引雷塔的引雷能力与接地电阻的大小呈负相关关系:接地电阻越小,引雷塔的引雷能力就越强。在单塔间隙放电试验中,同一空间尺度下,接有10?和100?接地电阻的引雷塔上、下行先导发展尺度的比值H的差值△H随着试验间隙距离的增加而增加,变化范围为0.59%~3.29%;在双塔选择性放电试验中,接有100?接地电阻的引雷塔较接有10?电阻的引雷塔在塔顶的先导起始时间tstr和间隙平均击穿时间tn分别上升了3.34%和4.71%。该试验结果表明引雷塔接地性能对其引雷能力有影响,适当降低引雷塔的接地电阻会增强其引雷能力。

不同材质的引雷塔引雷能力模拟实验研究

为探究由不同材料构成的高塔对自身引雷能力的影响机理,采用负极性标准操作波分别对按照1:12.5比例缩小的角钢模型塔和环氧树脂模型塔进行了大量的间隙放电实验,实验分为单塔间隙距离为1、3、5、7 m等条件下的放电和双塔选择性放电2部分。实验中采用升降法获取不同间隙下两塔的50%放电电压,并用高速摄像仪对间隙放电过程进行观测。实验结果表明:在单塔间隙放电实验中,不同间隙距离下的角钢塔击穿电压要低于环氧树脂塔,在双塔选择性放电中,角钢塔的接闪次数百分比较环氧树脂塔的多44%,故角钢塔的引雷能力要优于环氧树脂塔。实验结论有助于改善引雷塔引雷措施的引雷效果,使得输电线路得到更为优化的保护,同时为引雷塔的设计和建设提供参考。

接地电阻对引雷塔引雷能力影响模拟试验

引雷塔接地电阻在不同土壤电阻率下各不相同,为研究引雷塔的引雷能力与引雷塔接地电阻之间的关系,设计了1∶12.5缩比模型引雷塔,在长度为1 m的空气间隙条件下,利用波形参数为-250μs/2 500μs的负极性操作波对分别接10Ω和100Ω接地电阻的模型塔进行了50组接闪放电试验,并对放电过程进行了观测。结果显示:相同条件下,接10Ω接地电阻的模型塔接闪放电次数为接100Ω接地电阻模型塔的2.85倍。试验结果表明:引雷塔的引雷能力和接地电阻的大小呈现负相关,即接地电阻越小,引雷塔的接闪概率越大。引雷塔的接地性能对其吸引雷击有影响,减小引雷塔的接地电阻有利于提高其对雷电的接闪能力。

可控放电避雷针对引雷塔引雷能力的影响研究

为探究避雷针对引雷塔引雷能力的影响机理,设计了1∶12.5的缩比引雷塔模型,利用波形参数为-250/2500μs的负极性操作波对缩比模型塔开展接闪放电试验。模型塔接闪放电试验分为单塔间隙放电试验和双塔选择性放电试验两个部分,在单塔间隙放电试验中,通过试验观测平台对间隙放电的过程进行记录,并采用升降法获取不同工况条件下间隙50%的放电电压;在双塔选择性放电试验中,采用高速摄像系统对放电过程进行观测,同时对塔顶接有不同避雷针的两塔放电次数进行了统计。试验结果表明:在长度为1 m的空气间隙下,装有可控放电避雷针的模型塔较装有普通避雷针的模型塔更容易发生接闪,不同于普通避雷针的迎面流注的连接位置,可控放电避雷针上行先导的连接位置要更靠近高压电极的头部,且平均放电电压和平均击穿时间也要更小一些。分析认为,可控放电避雷针具有提前预放电的能力,较普通避雷针更容易产生上行先导,改变了模型塔顶部的空间电场分布,进而影响了模型塔的引雷能力。

雷击风机叶片背景电势分布与叶片引雷能力评估

通过建立风机叶片遭受雷击时下行先导发展的物理模型,研究雷击风机叶片背景电势。依据临界长度判据描述叶片上行先导起始过程,研究临界背景电势变化时静止叶片上行先导起始情况,并分析旋转叶片上行先导起始时刻背景电势。基于叶片静止、旋转两种状态与背景电势分布,对风机不同条件下的叶片引雷能力进行评估。研究表明,若雷电情况与大气条件恒定,临界背景电势不变,临界背景电势变化将影响静止叶片上行先导的起始;当叶片转速一定,旋转叶片上行先导起始时刻背景电势取决于临界背景电势;伴随叶片角度与接闪器半径的增大,叶片引雷能力减弱;由于双风机之间存在屏蔽作用,风机在双风机系统中的叶片引雷能力弱于其为单风机时的叶片引雷能力。相关结论可为风机雷电防护策略的制定提供有益参考。

110kV双回线路管型复合材料杆避雷线架设与接地方案研究

我国学者尝试在雷电活动强烈、污秽严重地区的110 k V架空线路应用复合材料绝缘杆,以提高相对地空气间隙距离和爬电距离。然而绝缘水平的提高,复合材料杆还是否需要架设避雷线以及避雷线接地引下线,是防雷面临的关键技术问题之一。针对典型110 k V复合材料杆,对比研究未架设避雷线的复合材料杆与架设避雷线的同电压等级、相同导线高度铁塔线路的雷电性能,考虑2种杆塔线路引雷能力、雷电冲击绝缘强度以及建弧率等因素的差异,发现:2种杆塔线路引雷能力间的差异可以忽略;未架设避雷线的复合材料杆雷电冲击绝缘强度是铁塔的3.5倍,建弧率为铁塔的53%,但是反击耐雷水平仅为24.5 k A,雷击跳闸率高达1.13次/(100 km?a),均明显劣于铁塔。据此,推荐110 k V复合材料杆架设避雷线。然后,对比估算避雷线不同接地方案下雷电性能的差异发现:避雷线若不经引下线接地,则复合材料杆雷电性能明显劣于铁塔,但若经引下线逐杆接地,则雷电性能显著优于铁塔。因此,提出避雷线应逐杆接地。综上所述,110 k V复合材料杆线路防雷接地方案应当采用架设避雷线,且通过金属引下线逐杆接地的设计。

自控防绕击避雷针电气和机械特性研究

针对220 kV及以上输电线路的绕击问题,开发了输电线路自控防绕击避雷针(XBL-II)。输电线路自控防绕击避雷针作为针体串联自控放电装置,采用针杆对称结构,针尖带有场畸变外套,自带平衡锤,能够自动恢复平衡。通过对其引雷能力,大电流冲击耐受、微风振动和低频大振幅等电气和机械特性进行试验研究证明,可增强避雷针的引雷能力,有效防止线路绕击。