海上风机一体化电磁暂态模型与雷电暂态过电压研究

为了减小雷击海上风机引发暂态过电压的故障率,需要准确地分析海上风机暂态过电压的影响因素及响应规律。结合海洋接地环境及风机桨叶转动特性,利用电磁场数值计算的方法,建立了一种新型的海上风机一体化电磁暂态模型;利用ATP-EMTP对海上风机进行仿真分析,研究了海水深度、桨叶长度和塔筒高度、雷电流参数、雷击点和桨叶位置对机舱处雷电暂态过电压的影响,并利用波过程理论分析其原因。仿真结果表明,由于雷电流在风机上存在折反射现象,使得机舱处暂态电压存在明显振荡特性;所提影响因素会对暂态电压的峰值和振荡频率产生不同程度的影响。

基于ATP-EMTP的海上风机雷电暂态分析

雷击活动严重影响海上风机的正常运行,必须精准分析风电机组雷击过电压的影响因素和变化规律。论文根据海洋接地环境,在ATP-EMTP中搭建了基于圆锥天线原理的海上风机暂态一体波阻抗模型,通过优化机组各部位模型及模型电气参数计算,有效地将雷电流在风机内部的传播路径整合为一体,并利用该模型研究桨叶长度、塔筒高度对雷电暂态电压的影响,讨论屏蔽层结构对信号电缆的保护效果。仿真结果显示:雷击作用下,海上风电机组将产生兆伏级暂态电位变化,并呈欠阻尼式振荡衰减,其电位峰值从塔筒顶端到底端依次减小;风机塔筒的高度和桨叶长度分别与塔筒暂态电位和桨叶尖端电位呈正相关性;双屏蔽层结构下,信号电缆芯线与内屏蔽层的电位差值最小,比单屏蔽层结构电位差要低100 kV,因此采用双屏蔽层的保护效果更好。