海上風機一體化電磁暫態模型與雷電暫態過電壓研究

王國政 ，張 黎 ，吳 昊 ，趙 彤 ，鄒 亮

（1.山東大學 電氣工程學院，山東 濟南 250061；2.山東大學 山東省特高壓輸變電技術與裝備重點實驗室，山東 濟南 250061）

0 引言

在能源問題日益嚴峻的形勢下，風能逐步成為當今世界上發展最為迅速、應用最為廣泛的可再生能源［1-3］。風機作為風能資源開發利用的直接載體，隨著風電場的海洋化及大容量發電機組的投入使用，風機的高度越來越高。再加之海洋環境潮濕多雨、接地環境復雜、雷暴現象頻繁，使得海上風機遭受雷擊的概率大幅增加。根據國際電工委員會統計的實際運行情況顯示，在雷暴活動頻繁的區域由雷擊造成風機的損壞率高達14%。風機是風電場中最貴重的組成部分，其成本超過風電工程總投資的60%。雷擊不僅會造成風機本身損壞，嚴重時還會造成風電場停運，甚至威脅到電網的安全運行［4］。因此海上風機的雷擊防護已經成為目前亟需解決的重大技術問題。

風機遭受雷電襲擊時，攜帶巨大能量的雷電流一般會在機組槳葉頂端的接閃器（或機艙尾部的避雷針）注入，由槳葉內部布設的金屬導體引流，再經機艙的導流路徑進入塔體頂端，經過塔體進入風機的接地裝置，最終泄流進入大地。雷電流在整個泄流的暫態過程中，會導致風機各部位出現電位躍升現象，可能對設備造成反擊或絕緣損壞［5］。機艙處存在電力系統和控制系統等大量電氣設備，對其過電壓的防護顯得尤為重要。

目前國內外學者對風機防雷性能的研究主要有實驗研究和理論分析2種?！?br>