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接地系统互连风场雷电浪涌分析

更新时间:2016-07-05

0 引言

2016年,全球风电新增装机容量54.6 GW,累计装机容量达到486.7 GW[1],风电产业蓬勃发展。风力发电的快速发展也伴随着日益严重的雷击事故灾害[2-3],做好风电机组的防雷保护至关重要。

国内外学者对风电机组的雷击暂态效应进行了许多研究,主要集中在风机雷击内部暂态电磁干扰[4]、雷电过电压对集电系统的破坏[5]、风电机组的暂态地电位抬升[6-7]等。对于风机雷击暂态效应研究,多针对单台风机,没有考虑风场接地系统互连情况,相关事故也表明,雷击损害不仅发生在被雷电击中的风机上,也会发生在未被闪电击中的风机,这种现象称作回流浪涌[8-9]。因此需要对接地系统互连风场的雷电浪涌特性进行分析。

本文利用PSCAD软件[10]搭建简化风电场模型,包括风机塔筒、接地系统、连接电缆模型。讨论风机塔筒高度对雷击暂态电位的影响,分析接地系统互连情况下连接电缆敷设方式、雷击点位置、土壤电阻率对浪涌传播的影响,为风电机组雷电浪涌过电压防护提供参考。

1 风电塔筒及接地系统模型

1.1 雷电流模型

雷电流波形采用双指数函数[11]表示,表达式为

式中:Ip为电流幅值,kA;α1和α2分别为波头时间常数和波尾时间常数;kc为幅值修正系数,kc=mm/m-1)/m-1),m=α2/α1。雷电流波形取 2.6/50 μs[12],幅值取10 kA。

1.2 塔筒模型

为了考虑雷电流在塔筒传播中波过程,将塔筒用波阻抗模型[13]表示。将塔筒等效成一个空心圆台,见图 1[14]

反射系数β

图1 塔筒等效模型 Fig.1 Equivalent model of wind turbine tower

塔筒等效半径:

式中:h为塔筒高度;req为塔体的等效半径;r1r2r3分别为塔体顶部、中部、底部的半径[14]

4.猪伪狂犬。猪伪狂犬病病毒gpI抗体检测试剂盒是用于检测猪血清中伪狂犬病病毒(PRV)gpI(又名gpE)抗体,该检测试剂盒是用来检测被检猪是否曾感染PRV的野毒株和或接种过含gpI(gpE)抗原的疫苗,根据涪陵区养殖场实际情况,该试剂盒可用来检测PRV野毒株的感染情况。猪伪狂犬病毒(PRV)gB抗体检测试剂盒是用来检测评估PRV的自然感染或免疫状况。试验步骤及试验结果分别按照试剂盒要求进行。

根据电磁相似性原理,计算塔体对地分布电容[15]

妮妮很可怜,6岁失去妈妈后就患上深度自闭症,极少和人讲话。奇怪的是她很喜欢沙莉,沙莉在的时候她很乖地读课文做作业。大学毕业工作后,沙莉一直想辞掉家教工作,但听老师表扬妮妮进步了,她敢当众发言举手读课文了,看到妮妮这样依赖自己。沙莉于心不忍,所以她还经常抽空去看望妮妮,至于孩子的爸爸因工作忙从未多有联络,沙莉从来只和妮妮家的保姆联系。

式中:h为塔筒高度;Z为塔筒波阻抗;c0为雷电波在塔筒中的传播速度,取光速。仿真中,塔筒高度取80m,塔筒顶部及底部半径分别取1.35m和2.17m。

1.3 接地系统模型

单台风机的接地电阻采用工频电阻,具体阻值通过下式计算[16]

由图5可看出,风机接地系统互连情况下,塔底暂态电位得到一定程度降低,幅值降低约19%,且过电压波形持续时间缩短。虽然通过接地系统互连能够有效降低稳态接地电阻,但是其对于降低暂态过电压效果并不十分显著。

对比图6中不同波形可发现,连接电缆敷设方式对暂态过电压幅值影响不大,埋地敷设时略有下降,但过电压持续时间较为缩短。

图2 风机接地系统 Fig.2 Grounding system of wind turbines

各台风机相距500 m,从左向右依次为1—5号风机,采用铜芯交联聚乙烯绝缘电缆[17]相连,线缆参数见图3。

图3 连接电缆结构 Fig.3 Structure of interconnecting cable

2 仿真结果分析

2.1 风机塔筒高度影响

图4给出了风机接地系统独立时,风机高度对塔底雷击暂态电位的影响。

图4 塔筒高度对塔底暂态电位影响 Fig.4 Effect of height of the wind turbine tower on voltage of the grounding device

由图4可看出,风机塔筒高度越高,塔底雷击暂态电位也越大,电压波形振荡也越明显。当雷电流沿着风机塔筒向下传播到达与接地装置的交界点时,由于塔筒波阻抗与接地阻抗相差较大,在交界点上产生了折射、反射。一部分能量在接地装置上形成折射电流波,向下传播,另一部分能量被反射回来,沿着塔筒向上运动。经过多次折反射后,接地装置电流和电位可以通过下列公式估算[18]

汉日IT新词的产生,源于各自语言系统对于IT领域各种新生事物进行概念阐述的需求,符合新词出现的必要性原则(黎昌抱2008:99-100)。新词的出现,来自某种语言系统自身的需求。如果没有新词,语言就会在概念表达上出现空白,进而影响语言的交流和沟通。伴随着信息技术的发明、发展与普及,各种信息领域的新生事物层出不穷,而原有语言系统中又不存在能够准确表达这些新生事物的词汇。在这样的背景下,诞生了大量的IT新词。

折射系数α:

本文侧重讨论了结构参数与活化能之间的构效关系。根据现有资料,案例利用Hyperchem8.0软件初步优化6个有机物的结构,再用Gaussian09软件进行深度优化,利用Materials Studio软件进行参数计算。选取了19个量子化学结构参数,其中16个由软件计算获得,3 个为组合参数(EGAP,E2GAP,EHOMO+ELOMO),各参数的物理意义见表3,各参数值及与Ea的相关性见表4。

接地装置电流:

塔筒波阻抗[13]

塔底电位:

塔筒高度越高,波阻抗Zt越大,暂态过电压幅值也随之增加。同时,由于接地装置阻抗一般远小于塔筒波阻抗,因此β<0,暂态电压波形会出现振荡,塔筒越高,雷电流折反射次数k越多,波形振荡越明显。

2.2 连接电缆影响

雷击1号风机时,接地系统独立与接地系统互连情况下塔底电位波形见图5。连接电缆直接敷设在地表。

首先,普通村民在监督机构中须占有一定比例。仿照公司模式,监督机构成员由村小组代表大会选举产生,这是为了对监督机构统一领导。但正是因为这样,监督机构很可能变得比较被动,因此需要在其中加入一定比例的普通村民,以保证监督机构的作用发挥到最大化,村民的合法权益也才会得到真正保障。

式中:ρ为土壤电阻率;L为接地装置总长度;HD分别为接地装置埋深和直径;A为接地装置形状系数,对于钢筋混凝土的环形接地装置,A取1。仿真中,土壤电阻率取100 Ω·m,接地体埋深0.8 m,接地体半径0.01 m。

图5 接地系统独立与互连情况下塔底暂态电位波形 Fig.5 Transient potential waveform at the tower bottom under the condition of independent and interconnected grounding system

9.1.2小菜蛾 又名菜蛾、小青虫,一年发生5~6代,以蛹在田间越冬。成虫昼伏夜出,具有很强的趋光性。以幼虫取食危害。

自然景观是不可移动的旅游资源,观赏石是可流动的旅游景观,通过加工、包装,将成为独具特色的旅游纪念品、旅游工艺品、特色收藏品,也是宝贵的地质科普陈列品。

雷击1号风机时,接地系统互连情况下,连接电缆敷设方式对塔底暂态过电压的影响见图6。

图6 接地线缆敷设方式对暂态电位影响 Fig.6 Effect of laying mode of the grounding line on transient potential

仿真中分别考虑风机接地系统独立和接地系统互连两种情况,具体见图2。

Fix Auto维修连锁集团在澳大利亚运营两年以来,已在3个州建立了11家连锁企业。第一家快速维修旗舰店最近在澳大利亚启动运营。由于大范围冰雹及恶劣天气带来的车辆受损,快速维修业务已呈增长态势,并且变得更为普及。

2.3 雷击位置影响

接地系统互连情况下,雷击1号和3号风机时塔底入地电流和暂态电位见图7。连接电缆采用埋地敷设方式。

从图7可看出,一台风机遭受雷击后,雷电浪涌不仅会传播至邻近风机,也会传播至距离较远的风机,但是电流和过电压衰减较为明显,距离雷击点越远,塔底入地电流和暂态电位幅值越低。

2.4 土壤电阻率影响

接地系统互连情况下,土壤电阻率对塔底暂态电位的影响见图8。雷击1号风机,连接电缆采用埋地敷设方式。

由图8可看出,随着土壤电阻率增大,1号风机和2号风机塔底电位相应增加。高土壤电阻率导致过高的暂态电位,会使浪涌电流反向流至电网,升压变压器高压侧雷电绝缘水平一般在120 kV左右,因此回流浪涌变压器等设备会产生一定危害,需要采取相应防护措施,如安装电涌保护器等。

图7 不同风机入地电流和暂态电位 Fig.7 Grounding current and transient potential distribution of different wind turbine

图8 土壤电阻率对暂态电位的影响 Fig.8 Effect of soil resistivity on transient potential

3 结论

利用PSCAD软件搭建立简单风电场模型,对接地系统互连情况下的雷电浪涌特性进行了分析,得到如下结论:

1)风机塔筒越高,雷击塔筒时塔底暂态电位越大,波形振荡越明显。

2)接地系统互连能够降低塔底暂态电位,但是效果并不显著。连接电缆敷设方式对于降低暂态电位幅值几乎没有影响。

3)采用互连接地系统时,雷电浪涌会传播至其他相连风机。距离雷击点越远的风机,塔底入地电流和暂态电位幅值越低。

4)土壤电阻率增大,塔底雷击暂态电位越大,过高的暂态过电压会对变压器等设备绝缘产生危害。

花色:本次引进各类月季,花色达25个,大致分为红色系、粉色系、黄色系、白色系、复色系,涵盖了月季品种中的最主要颜色,且各类月季在高原强紫外线照射下,花色更为艳丽,极具观赏性。

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张琳波,赵明
《电瓷避雷器》 2018年第02期
《电瓷避雷器》2018年第02期文献

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