风电机组防雷保护研究

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1、国内图书分类号：TM863密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文风电机组防雷保护研究年级二〇一五级姓名王艳姣申请学位级别工程硕士专业电气工程指导老师王奔教授二〇一八年五月ClassifiedIndex:TM863U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONLIGHTNINGPROTECTIONOFWINDTURBINESGrade:2015Candidate:WangYanjiaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpecialty:El

2、ectricalEngineeringSupervisor:Prof.WangBenMay.2018西南交通大学硕士学位论文第I页摘要近年来，能源造成的环境污染问题日益严重，开发可再生清洁能源已是大势所趋，而风能凭借自身的优势得到了迅速发展。随着风机整机容量与高度的增加，风场中的雷击问题越来越突出，使人们不得不重视。目前风机防雷行业只是依据简单的防雷准则来设计，显然已经不能满足国内的需求。本文以2MW风电机组为研究对象，对风电机组防雷保护进行了深入研究。本文主要从叶片、轮毂、机舱、塔筒、电涌保护器等方面进行详细的防雷研究，为风力发电机组提供比较完整的防雷保护系统。首先利

3、用Matlab对三种雷电流数学模型进行对比分析，确定后续仿真适用的电流激励模型；然后以风机塔筒为重点研究对象，通过分析指出以往雷电暂态电磁场计算方法的不足，提出利用AnsoftMaxwell对风机塔筒进行建模仿真，并通过简单的模型说明该方法的可靠性；根据所得的仿真结果对塔筒的雷电暂态特性进行分析，并进一步探究雷电流幅值和波形等因素对雷电电磁场的影响；接着计算雷电电磁干扰对塔筒内部电子设备的影响，并根据电磁感应原理计算塔筒内部回路的感应电动势，进而分析其影响因素。最后进行机组塔筒的防雷设计，而文中的仿真分析和计算结果为其提供了可靠的理论依据。除此之外，本文还研究了风机其余

4、部件的防雷系统。叶片是风机容易遭受直击雷的部件之一，因此对其进行更为详细的防雷区域划分，并从安装位置、数量和截面积三个方面研究叶片接闪器防雷系统；对于机舱法拉第笼，主要是通过计算无屏蔽、有屏蔽但击中机组附近和有屏蔽且击中法拉第笼这三种情况下的磁场强度来分析舱内的雷电电磁场，并以此为理论依据来设计法拉第笼；电涌保护器（SPD）则是根据风机防雷标准IEC61400-24的设置规则进行选取，详细设计风机SPD的布局选型方案。本文所设计的风力发电机组防雷系统已经在风场得到应用，并通过对2015年和2016年风场雷击故障数据的统计来说明本文风机防雷设计的有效性。关键词：风力发电机

5、组；防雷保护；AnsoftMaxwell；雷电暂态电磁场；电磁屏蔽西南交通大学硕士学位论文第II页AbstractInrecentyears,environmentalpollutioncausedbytheenergyisbecomingmoreandmoresevere，sothedevelopmentofrenewableenergyisnecessary.Duringthisperiod,windenergyhasdevelopedrapidlywithitsownadvantages.Withincreasingthecapacityandheightofwi

6、ndturbines,lightningstrokeinthewindfieldisbecomingmoreandmoreobvious,whichhastomakepeopleconcernit.Currently,thelightningprotectioninthewindindustryisdesignedonthebasisofsimplelightningprotectionstandards,whichobviouslycannotsatisfydomesticrequirements.Thispapertakes2MWwindturbineasresea

7、rchsubjectandmakesfurtherstudiesoflightningprotectionforwindturbines.Thispaperstudiesthelightningprotectionmainlyfromtheblade,hub,nacelle,towerandsurgeprotectortoprovidearelativelycompletelightningprotectionsystemforwindturbines.Firstly,threemathematicalmodelsoflightningc