考虑潮间带接地环境的海上风机一体化电磁暂态模型

发布时间：2025-07-09 03:17

　　 为了预防和减少海上风电的雷害,对由雷击引发的风机机舱暂态过电压进行计算和评估非常必要,前提是建立可靠的风机雷电泄流通道模型。接地电阻的准确性是影响雷击通道模型可靠性的重要因素。考虑到我国海上风机场分布广,海况差别大的特点,将潮间带接地环境分为3层:海水层、淤泥层和砂石层,分析各层的物理深度和电阻率等因素对接地电阻的影响。以江苏如东洋口港潮间带风电场上海电气2 MW风机为例,将雷电通道划分为激励源、桨叶、机舱轴承、塔筒、接地电阻5个部分,分别进行数学建模。其中:塔筒等效成垂直中空分段圆柱体;机舱与塔筒间的轴承等效为电容;应用土壤点电流格林函数计算各层的等效电阻,通过叠加得到总的冲击接地电阻。结果表明,由潮汐引起的海水深度变化是影响接地电阻的主导因素,海水越深接地电阻越小,对应的暂态过电压也越小;淤泥层和砂石层的电阻率均与接地电阻正相关,但当海水达到足够深度时,它们的影响趋于稳定。

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【部分图文】：

图1 雷击桨叶示意图与桨叶电路模型

考虑到风机桨叶处于最高处时遭雷击的概率最大。此时可将桨叶内置引下线视为半径为rb的竖直传输线[15]，见图1(a)。引下线可等效为若干段长度均为lb的π型RLC电路串联而成的等值电路，见图1(b)。电阻由电阻定律R=ρl/s得到;电容和电感分别用平均电位法和诺依曼积分公式计算。分....

图2 塔筒电路模型

海上风机的塔筒是圆台结构，但相较于塔筒的高度，上下底面半径的差别可忽略不计，为简化计算，将塔筒看作垂直中空圆柱体结构，见图2(a)。为计算塔筒上暂态响应，将高度为ht的塔筒等分为长度为lt的若干段，且使划分后每一段导体的最大长度小于雷电流波最小波长的十分之一[18]，塔筒电路模型....

图3 单桩式潮间带风机基础接地

潮间带风机接地环境分为海水层、淤泥层和砂石层，接地基础被分为上、中、下3段圆柱体，见图3(b)。L和d分别为接地体总长度和单桩式基础半径，l1为海水层深度，ρ1为海水层电阻率，l2为淤泥层深度，ρ2为淤泥层电阻率，ρ3为砂石层电阻率。应用土壤中点电流源格林函数求解接地电阻。将拉普....

图4 潮间带风机雷击暂态实际泄流路径模型

由上述建立的雷电模型、桨叶、机舱轴承、塔筒暂态电路模型和潮间带风机冲击接地电阻模型，建立和实际泄流路径一致的潮间带风机雷击暂态模型，见图4。2潮间带接地电阻实例分析

本文编号：4057064