2023風電機組雷擊接閃概率關鍵技術研究

風電機組雷擊接閃概率關鍵技術研究雷電是什么？雷電是一種極端自然天氣現(xiàn)象，是指由強積雨云引起的伴有雷電活動及短暫降水的局地天氣，在地面觀測中則是指伴隨有閃電和雷鳴的天氣現(xiàn)象，其危害的廣泛性不言而喻。作為一種雷暴天氣過程中的超長間隙放電現(xiàn)象，放電過程中產(chǎn)生的直接電流熱效應和間接電磁輻射效應每年在全球的各個地方都造成了巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，已成為聯(lián)合國公布的十種最嚴重的自然災害之一。引言風機防雷保護研究工作現(xiàn)狀（1）優(yōu)化工作：參照IEC、GB、NBT等標準對現(xiàn)有設計進行優(yōu)化（2）理論研究：相對較少（雷電原理、引雷機制、雷電防護模型）引言風電機組遭遇雷擊的機理風機如此高大尖端物體極易遭受雷擊？梯級先導接近地面時地面電場快速增加，當?shù)竭_臨界值時即會在突出物尖端始發(fā)上行先導并逐漸發(fā)展最終與梯級先導連接，即在地面突出的尖端物體（如風機葉片尖端、機艙尾部避雷針）上會產(chǎn)生方向向上的放電現(xiàn)象。上行先導將會朝向梯級先導方向發(fā)展從而發(fā)生最終擊穿。隨后會形成一個導電性良好的通道，在隨后的回擊過程中會通過此通道將巨大的雷電電流泄放進大地。防雷保護設計的原理？為了避免由雷擊地面物體造成的損失，往往在容易產(chǎn)生上行先導的位置設置良好的接地設施將雷電流引流入大地，以防止雷電流對保護物體產(chǎn)生損害。風電機組雷擊概率的相關性：外圍影響因素梯級先導發(fā)展速度溫度濕度………風電機組自身特性葉片長度風速風輪轉速……121折線法2滾球法3電氣幾何模型雷電防護模型該方法認為處于避雷設備（避雷針、避雷線）以一個固定角度與地面形成的空間內(nèi)，可以免遭直擊雷的損害。1、折線法圖1-2：滾球法保護區(qū)域示意圖研究者們提出使用一個虛擬的球體來計算避雷設備的保護范圍。這種方法認為由虛擬半徑的球體在被保護物體表面上滾過，由于避雷設備的存在，在若干區(qū)域內(nèi)球體無法觸及。這些球體未能滾過的區(qū)域就被認為是避雷設備的保護區(qū)域。2、滾球法該方法認為計算避雷設施的保護范圍不僅僅是由滾球法所提出的幾何問題，而是與雷電回擊電流幅值相關的問題，如果被保護物體與下行梯級先導之間的距離小于時即認為此處遭受到雷擊。對于解析關系式里的參數(shù)a、b一直都有研究者們在不斷改進以期提高計算精度。雖然電氣幾何模型還存在有一些不確定性，但是卻不失成為一種被行業(yè)內(nèi)廣泛使用的方法用于對電力架空線的避雷設計，于此同時也被大范圍的被使用在建筑物、變電設備、飛行器等方面的防雷設計上。3、電氣幾何模型法rs=aIbp梯級先導不斷向地面發(fā)展，直到發(fā)展到最后一步時流注貫穿在梯級先導頭部與地面尖端物體之間形成的間隙中，此時最終的雷擊點才被真正確定。電氣幾何模型意義風力發(fā)電機組雷電風險評估基于閃電閃擊距離概念也有相應的等效截收面積的計算方法。該方法認為當梯級先導與閃擊點之間的距離達到臨界長度時，就會在閃擊點上發(fā)生閃擊。該臨界長度可根據(jù)IEC62305規(guī)范中提供的擊距計算公式得到：如下圖所示，風力發(fā)電設備在工作期間三個葉片不斷處于旋轉狀態(tài)。在旋轉過程中，風力發(fā)電設備的高度和寬度時刻處于變化之中。從圖中可見，風力發(fā)電設備的三個葉片對稱呈120°角布置。于是其可以用旋轉角度

表示為：對于風力發(fā)電機組等效截收面積的計算可分為兩類：其一是未能包含任何物理根據(jù)，僅為了方便工程上的應用而提出的以3倍高度為等效截面半徑的計算方法；另一種以閃擊距離為基礎，提出了隨著風力發(fā)電機組葉片轉動角度變化的等效截面半徑的計算方法。通過這兩種方法計算得到的等效截收面積如下圖對比所示：拓展研究:風輪轉速與雷擊概率可以等效近似認為，在每個旋轉位置的瞬間，風葉尖端基本完成電離，但隨后大量正極性電暈離子在輸送過程中，由于風葉的快速旋轉，導致電暈層被拉薄。靜止時，電暈電荷全部分布以扇形分布在風葉頂部；而旋轉時，電暈電荷被拉成弧形，電暈層明顯變較薄了?？紤]到三個風葉的對稱性，則電荷量被拉成1/3圓周弧時，下一個風葉繼續(xù)，如此循環(huán)。如圖所示為靜態(tài)風機和旋轉風機電暈放電的差異對比。因此，在旋轉風葉的頂端就始終存在一個長度為1/3圓周的屏蔽電荷層。同時，電荷層在徑向電場的驅(qū)動下，向外面擴散從而導致圓弧變大線電荷密度變小。所以在旋轉狀態(tài)下葉片尖端附近的電荷量總是小于靜止狀態(tài)，而電暈屏蔽層的減小意味著局部電場強度的增大。初步結論：據(jù)此可知由于風力發(fā)電機組葉片的旋轉會導致電暈屏蔽層結構的改變，從而影響到葉片尖端的局部電場強度。而電場強度的增強對上行先導的始發(fā)具有關鍵性作用，當葉片頭部的電場強度增加到