風機接地系統雷擊暫態特性分析

萬興玉，張忠會

（南昌大學信息工程學院，南昌330031）

0 引言

推動風能等可再生能源的發展已經成為全球能源革命的趨勢，風電在我國已經成為僅次于火電和水電的第三大電源[1]，發展前景廣闊。風電行業的迅速發展也遭受日益嚴重的雷電災害威脅。在風電機組的雷電防護當中，風機接地系統至關重要[2]。以往運行經驗也表明，對于風電機組直擊雷的防護，降低接地系統電阻最為行之有效[3-4]。但是對于風電機組雷擊暫態效應的研究多采用工頻接地電阻[5-6]，而沖擊電流作用下接地體系統的泄流與工頻狀態存在很大差異[7]，即使考慮了雷電流在接地體中的有損傳輸過程[8]也很難考慮火花放電引起的土壤電離，因此研究得到的雷擊暫態效應數據不能有效指導風電機組的雷電防護。

筆者通過EMTP軟件[9]建立典型風機接地系統模型，考慮雷電流流經接地裝置時火花效應引起的土壤電離作用對暫態電位的影響。分析土壤電阻率、接地裝置尺寸、接地裝置形狀對風機接地系統雷擊暫態電位的影響，討論外引接地對于降低暫態電位的防護效果，為風力發電機的雷電防護提供理論參考。

1 仿真模型

1.1 雷電流模型

雷電流波形采用Heidler函數[10]表示，表達式為

式中：Im，I0為峰值電流，kA；τ1和τ2為波頭時間常數和波尾時間常數，μs；n為電流陡度因子，取n=2或10?；負敉ǖ赖戎挡ㄗ杩购屠纂娏鞣迪嚓P，根據相關規范[11]選取。

1.2 葉片和塔筒模型

為了考慮雷電流在葉片和塔體上傳播的波過程，將二者用波阻抗模型表示[12]。……