風電機組葉片雷電附著特性及群保護效應的基礎研究

《風電機組葉片雷電附著特性及群保護效應的基礎研究》是依託武漢大學，由周蜜擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：風電機組葉片雷電附著特性及群保護效應的基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周蜜
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

雷電直接擊中風力發電機組引起葉片損壞對風力發電機組的安全運行造成嚴重威脅，研究風電機組葉片雷電附著機制和群保護效應等基礎問題對於最佳化風電場葉片接閃器技術要求、提高風電機組雷電防護水平意義重大。本項目將開展風電機組縮比模型雷電附著特性試驗研究，綜合研究葉片尺寸、接閃器形式、接閃器數量、接閃器布置位置、雷電先導位置及擊距、雷電極性、衝擊電壓波形、機組運行狀態等多種因素對葉片雷電附著特性的影響，進一步研究在直流背景場、縮比模型幾何比例尺、迎面先導及空間電場模擬方法對葉片雷電附著特性的影響，開展風電機組矩陣布置、線形布置情況下不同距離、風電機組高度、葉片狀態、雷電極性等狀態下風電機組的群保護效應研究，預期可以初步揭示風電機組葉片長度及接閃器布置對雷電附著影響機制，發展風電機組雷電附著試驗方法，為進一步開展風電機組葉片導雷質量鑑定、葉片雷電附著性能數值仿真提供理論支撐和實驗基礎。

結題摘要

作為一種戶外高架結構體，風力發電機易遭受自然雷擊發生損壞。研究風電機組葉片雷電附著機制和群保護效應等基礎問題，對於最佳化風電場葉片接閃器技術要求、提高風電機組雷電防護水平意義重大。項目針對國內主力機型2MW風電機組，開展了葉片縮比模型雷電附著特性及群保護效應試驗。通過旋轉風機葉片0°、30°、60°、90°四種工況模擬實際運行中葉片旋轉方位，分別採用正、負極性的標準雷電波和操作波研究了放電波形對風機葉片雷電附著特性的影響，並比較了不同雷電擊距、不同離散型葉片接閃器數量及位置影響，分析了不同數量離散型葉片接閃器布置時的接閃機率。研究結果表明，負極性雷電易在葉片絕緣部分和機艙上附著，正極性雷電更傾向於被葉尖接閃器和機艙避雷針接閃，負極性放電對風機的危害性高於正極性放電。操作衝擊電壓較長的波前時間能為上行流注的發展提供足夠的時間，從而導致採用操作波進行試驗時風機葉片接閃器的接閃效率明顯更低。下行閃電模擬試驗中未發現葉片旋轉角度不同對葉片雷電附著特性存在影響，上行閃電的模擬試驗中，當葉片旋轉角度為30°時超過30%的雷電附著在非葉尖區域，其它角度下雷電幾乎只附著在葉片葉尖。隨著放電擊距的增大，葉尖接閃器的接閃效率提高，葉片上雷擊附著率相應降低，完全保護40m葉片則需至少布置4對或4對以上接閃器。風電機組葉片雷電群保護效應的試驗研究發現，風機旋轉角度一致時多颱風機同時遭受雷擊機率明顯增大，擊距逐漸增大時，雷擊多颱風機的機率顯著降低。項目還利用火箭引雷技術，研究了各雷電分量光強與電流關係的關係，發現雷電輻射光強度滯後於雷電流存在延時現象，輻射光強度與雷擊電流或電流的平方呈線性關係。項目研究成果為進一步開展風電機組葉片導雷質量鑑定、葉片雷電附著性能數值仿真提供了理論支撐和實驗基礎，對完善風機雷電防護方法及減小雷擊損失也具有十分重要的意義。開展的雷電電流與輻射光強度的關係研究，能用於風電機組落雷電流波形的光學反演。