_风电机组机舱法拉第笼雷电屏蔽特性仿真分析

风电机组雷电过电压的仿真分析肖翔;张小青;李聪【摘要】雷击会对风电机组造成严重损坏,是影响风场安全运行的主要因素.在雷击过程中,雷电流流经塔体,并通过电磁场的耦合作用,在塔体内部三相电缆和机组变压器上产生雷电过电压,影响内部设备的正常运行.通过电磁暂态软件PSCAD搭建了比较全面的风电机组模型,对风电机组的暂态过电压进行计算分析,并研究了不同大小的接地电阻以及不同接地方式对风电机组过电压分布的影响.计算结果表明良好的接地系统有利于降低电缆上的过电压,但不能改变塔体上过电压的最大值,而接地方式的不同对过电压影响巨大,两种接地方式各有优劣.最后为风电机组加入避雷器,验证了防雷设计的有效性,仿真结果为风电机组的安全、经济的防雷设计提供了参考依据.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2015(030)024【总页数】8页(P237-244)【关键词】雷击;风机模型;过电压;接地方式;避雷器保护【作者】肖翔;张小青;李聪【作者单位】北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044;北京交通大学电气工程学院北京 100044【正文语种】中文【中图分类】TM863;TM743风力发电是一种清洁的可再生能源，开发利用风能资源是调整能源结构、实施能源可持续发展的有效手段。

我国风能资源丰富，可开发利用的潜力巨大。

现在我国风机装机总量跃居世界第一位，成为世界第一风电国［1，2］。

随着风力发电技术的发展，风机叶尖高度已经达到200m以上，导致机组更易遭受雷击危害。

根据IEC 61400—25标准显示，德国风机一般地区雷击损坏率为8台/百台·年，山地是14台/百台·年。

与德国相比，我国风电场所处位置的地质和气候条件相对更加复杂，增加了风机遭受雷击的风险。

雷击事故经常造成巨大经济损失，浙江苍南风电场曾有风机因雷击从叶尖到叶根开裂损坏报废，而换一台机组中的一个叶片的直接费用就达到百万以上。

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·28·2018年第16期文章编号：2095－6835（2018）16－0028－03风电机组雷击过电压的仿真分析及防雷接地保护赵炜，周广珉（水电十四局大理聚能投资有限公司，云南大理671000）摘要：雷击是影响风力发电的正常运行，给风电机组带来严重威胁的主要因素之一。

风电机组又多布置在旷野、高山等雷电多发地带，因此，对风电机组的雷击过电压进行分析对机组的安全运行具有十分重要的意义。

基于ATP-EMPT仿真软件和喀斯特地貌的风电场地，分别针对风机变压器、雷电模型、冲击接地电阻等建立了ATP-EMPT仿真模型，同时结合特殊的喀斯特地貌，分析了风电机组系统内部的雷击过电压和防雷接地措施，为解决喀斯特地貌风电机组雷击过电压问题，保障风电机组的安全运行提供了理论基础和数据支持。

关键词：风力发电；雷击过电压；ATP-EMPT仿真；喀斯特地貌中图分类号：TM862文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2018.16.028风能是一种清洁能源，开发利用风能资源是调整能源结构、实现能源清洁可持续发展的重要手段。

我国幅员辽阔，风能资源丰富，风电机组累积装机容量位居世界首位。

由于风能资源主要存在于空旷地带及高山等雷电危害较为集中的区域，风电机组容易受到雷击的危害，对风电机组的正常运行造成了严重威胁。

在风电机组受到雷击时，雷电流在雷击点流向大地时会在机组线路中产生感应过电流和过电压，这会对系统设备造成损坏。

据统计，在雷击损害事故中，电子系统和控制系统损坏的比例高达50%以上[1]。

肖翔等[2]对风电机组雷击过电压进行了仿真分析，结果表明，良好的接地可以明显地改善风电机组中的过电压，但是不能改变机组中过电压的最大值；杨文斌等[3]对风电机组过电压保护和防雷设计进行了分析研究，指出在风电机组过电压保护和防雷接地方面，应主要考虑直击雷、感应雷、接地设计和机组配套升压设备的保护，在风电机组易受雷击位置及容易遭受雷击破坏的位置安装避雷针和避雷器可以有效解决由雷击造成的损失问题，同时安装风电机时应做好接地工作，必须对每台风机做好接地计算工作。

法拉第笼与防雷方家光（清华大学物理系，北京 100084）引 言在雷电防护技术中，采用法拉第笼结构以防止或减小雷击所造成的损失，最早是由法拉第的学生J.C.Maxwell 在1876年所提出的。

我国资深防雷专家王时煦教授在负责1958年人民大会堂工程的电气和防雷设计中首先采用了法拉第笼结构，将人民大会堂工程结构中的梁、板、柱以及基础内的所有钢筋全部焊成一体，形成金属网笼，俗称法拉第笼结构，使整幢建筑物实现了等电位连接，成为一个等位体，从而达到防雷的目的。

1 法拉第笼是等位体从物理学上讲法拉第笼原是指一个密封的金属腔体，它最早是由英国物理学家法拉第(Michael Farady)根据静电平衡原理利用金属空腔隔离静电场影响所采用的一种结构，该结构后来被人们称作法拉第圆筒。

由物理学可知，当有空腔的导体放入电场中时，导体中的电子要在外电场作用下发生移动，最后达到静电平衡，电子不再定向移动，此时电场分布不随时间变化，金属空腔的内表面上处处没有电荷，电荷只能分布在腔体的外表面。

由电场唯一性定理，腔内没有电场，电位处处相等，整个腔体是个等位体。

这样空腔导体隔离了外电场的作用，使外电场不能透入空腔内部。

因此，金属腔体保护了它所围的区域，实现了静电屏蔽。

在实际应用中，腔体不需要完全密封，如果腔体上有小孔或腔体由金属网格（类似法拉第笼）构成，除了直接靠近小孔或网格附近，网格内其他地方的电场是非常弱的。

2 法拉第笼对磁场的屏蔽作用实际的法拉第笼不可能完全密封，它一般由金属网或金属格栅组成。

当外界电磁波传播到法拉第笼表面时，由于空气与金属界面波阻抗的不同，入射的电磁波会在界面处发生反射和折射。

电磁波反射和折射的多少与金属材料的性能、网格结构等因素有关。

雷电是一种单极性脉冲波，其频谱范围较宽，从几十Hz 到几MHz 。

当由雷电产生的电磁波传播到法拉第笼表面时，同样会产生反射和折射，使电磁波发生衰减，或者说对电磁波产生了屏蔽效应。

浅谈高山风力发电机组防雷技术措施发表时间：2020-10-21T15:06:28.693Z 来源：《中国电业》2020年6月第17期作者：李榕[导读] 风能作为一种清洁的可再生能源是巨大的，是地球上水力发电总量的10倍李榕国家电投集团广西电力有限公司桂林分公司，广西桂林 541199摘要:风能作为一种清洁的可再生能源是巨大的，是地球上水力发电总量的10倍。

由于风电机通常位于空旷地区，雷击已经成为风力发电机组的一场灾难。

分析了高山风力发电机组防雷技术措施。

关键词：风力发电；机组；防雷设计；雷电灾害；高山由于雷电的随机性，不可能完全避免雷电对风力机的影响。

在这方面，应在设计在制造和安装过程中，应采取有效的防雷措施，尽量减少雷电灾害造成的损害。

一、对风电机组雷电防护的认识1.雷电对风电机组造成损害的方法和后果。

风电机组分布在广阔的平原、丘陵和沿海地区。

大型风机的高度可达60至70米(车轮高度及车轮半径)，容易受到雷击。

风电机机是整个风电场的重要设备。

在雷击(特别是发电机叶片和部件)的情况下，可能会发生风车叶片破裂、电气绝缘破裂、自动控制和通信设备损坏的情况。

因此，雷击造成的灾害是一个严重的问题，威胁着风电机的安全和经济运行。

2.划定防雷保护区。

(1)LPZOA雷电防护区。

该区域内的所有物体都可能受到直接雷击，雷击产生的电磁场可以自由传播而不减弱。

(2)LPZOB电保护区。

该区域内的各种物体不得直接被雷击。

然而，在没有保护装置的情况下，雷电产生的电磁场也可以自由传播而不衰减。

二、风力发电机组雷击特性1.雷击部位。

风力发电机组一般建在沿海、高山等地，加上风机建筑结构特殊，易造成不同部位各种情况的雷击现象。

根据有关调查数据和利用滚球法进行研究，风力发电机组主要遭受雷击的部位有：桨叶，风向杆、电气系统，控制系统（轴承、机舱），发电机。

2.分析雷击概率。

根据国外相关研究资料统计，被雷击损坏的风机各部件雷击率分别为：叶片（15%-20%）、电气系统（15%-25%）、控制系统（40%-50%）和发电机（5%）。

2017年2月第8卷第1期高速铁路技术HIGH SPEED RAILWAY TECHNOLOGYNo. l,V ol.8Feb. 2017文章编号：1674—8247 (2017)01—0001—04铁路站房法拉第笼屏蔽网防雷技术研究罗远煜王凌升(中铁十六局集团第四工程有限公司，北京101400)摘要:随着现代化科学技术的飞速发展，铁路信号电子化设备的应用大幅提高，先进的设备在雷雨季节能否安全稳定地运行，是目前需要研究的一个新课题。

宝兰高速铁路设计时速250 k m/h,为保证高速铁路列车信息传递精准，其四电设备用房需具有良好的屏蔽信号干扰和综合防雷能力，因此在站房设计中采用了法拉第笼。

本文分析了法拉第笼的防雷作用，利用现代雷电防护理论,采用合理的防护技术，对信号设备进行系统的防雷保护，减少了雷电影响，延长了设备使用寿命，提高了设备可靠性。

文章还介绍了法拉第笼的施工工艺,总结了施工控制要点，以期为类似工程提供经验借鉴。

关键词:安全稳定；屏蔽信号；防雷；法拉第笼中图分类号:T U895 文献标志码:AResearch on Lightning Protection Technology Faraday CageShielding Network for Railway Station BuildingLUO Yuanyu WANG Lingsheng(The Fourth Engineering Co. , Ltd.，China Railway 16th Bureau Group, Beijing 101400，China) Abstract：With the rapid development of modem science and technology, application of electronic equipment is increased greatly in the railway signal. Whether the advanced equipment can work safely and stably in the thunderstorm season or not is a new subject to be researched. The design speed of BaoLan high-speed railway is 250 km/h. In order to ensure the precision of high-speed trains information transmission, its electrical equipment room shall have good signal interference shielding and integrated lightning protection functions, therefore, Faraday cage is adopted in the station building design. In the paper, the lightning protection principle of Faraday cage is analyzed, that is to use modem lightning protection theory and reasonable protection technology to protect the signal equipment, reduce the lightning influence, prolong the service life of equipment and improve equipment reliability, and Faraday cage construction technology are introduced and the control points of the construction are summarized for similar projects for reference. Key words：security and stability; shielding signal; lightning protection；Faraday cage法拉第笼利用金属空腔隔离静电场影响，采用的 原理是静电平衡，最早利用这原理是英国物理学家法 拉第。

风力发电机组的仿真与性能评估研究风力发电作为一种清洁能源，正逐渐受到世界各地的广泛关注和应用。

风力发电机组作为关键设备，其性能评估对于提高发电效率和可靠性至关重要。

本文将从仿真和性能评估两个方面进行讨论，深入研究风力发电机组的相关技术。

一、仿真与风力发电机组1.1 仿真在风力发电领域中的重要性仿真技术作为一种有效的研究手段，被广泛应用于风力发电领域。

通过仿真可以对风力发电机组的工作原理、性能参数以及系统动态响应进行精确模拟和分析，从而为设计优化和性能评估提供依据。

1.2 风力发电机组的仿真方法风力发电机组的仿真方法可以分为机械系统仿真、电气系统仿真和控制系统仿真等多个方面。

其中，机械系统仿真主要包括齿轮传动、机械振动等方面的模拟；电气系统仿真主要研究发电机和变频器等电气设备的运行；控制系统仿真则关注风力发电机组系统的稳定性和响应时间等方面。

1.3 风力发电机组仿真软件与工具目前，市场上有许多专业的仿真软件和工具可供选择。

例如，MATLAB/Simulink可以用于模拟和分析各个系统的性能；ANSYS Fluent可用于对风流场进行数值模拟；DCS可以进行风力发电机组运行状态监控等。

通过这些工具的应用，可以对风力发电机组的各个方面进行全面评估和优化。

二、风力发电机组性能评估研究2.1 性能评估指标风力发电机组性能评估的指标主要包括发电量、效率、可靠性和经济性等方面。

其中，发电量是衡量风力发电机组性能的重要指标，可以通过数学模型和实际运行数据进行评估和预测。

效率则反映了风能转化为电能的能力，高效率的风力发电机组可以提高能源利用率和经济效益。

可靠性指标包括可用性、可维修性和可防故障性等，对于确保风力发电系统的长期稳定运行至关重要。

经济性评估则需要综合考虑发电成本、维护费用以及所处环境等多个因素。

2.2 风力发电机组性能评估方法风力发电机组性能评估方法主要包括实验研究、理论模型和数据分析等。

实验研究通过采集实际运行数据进行测试和分析，可以得到较为准确的性能评估结果。

南平某水站法拉第笼格栅形大空间屏蔽效果分析
林岚;危君敏;陈群声
【期刊名称】《福建气象》
【年(卷),期】2016(000)001
【摘要】雷电流产生危害的途径有多种多样，我们既要防直击雷，也要防雷电电
磁脉冲。

本文主要从法拉第笼的原理以及应用这两个方面进行探讨。

本文先介绍法拉第笼的原理，然后再提出法拉第笼原理在防雷技术方面的应用。

结合南平某水站的实例，基于该水站的雷电数据，本文着重对该站房法拉第笼形成格栅形大空间屏蔽雷电电磁场的效果进行计算分析，给出降低磁场强度的防护措施。

最后还阐述了实际应用中应如何利用建筑物钢筋结构形成法拉第笼式钢筋网，以达到防雷的目的。

【总页数】4页(P51-54)
【作者】林岚;危君敏;陈群声
【作者单位】[1]南平市气象局,南平353000;[2]连城县气象局,连城366200
【正文语种】中文
【中图分类】TU976.56
【相关文献】
1.法拉第笼在铁路站房雷电防护中的应用 [J], 安杰;杜昌宝;宋闻辉
2.铁路站房法拉第笼屏蔽网防雷技术研究 [J], 罗远煜;王凌升
3.C形格栅光凝和环形格栅光凝治疗糖尿病性黄斑水肿的疗效对比 [J], 李海燕;郭疆;司马晶;代正玲
4.控制室格栅形屏蔽设计的计算 [J], 徐义亨;孙文文
5.风电机组机舱法拉第笼雷电屏蔽特性仿真分析 [J], 杨奎滨;段雁超;余业祥;付斌;张春红
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输电线路雷电屏蔽仿真模型
许高峰;顾乐观;司马文霞
【期刊名称】《重庆大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2001(24)2
【摘要】输电线路很容易遭受雷击 ,而屏蔽失效是线路雷害事故的重要原因 ,因此应加强对输电线路雷电屏蔽的研究。

文中在对已有的输电线路雷电屏蔽模型进行充分了解的基础上 ,合理考虑了上行先导的引雷作用 ,采用变步长的方式模拟下行雷电先导的下降 ,建立了一个新的输电线路雷电屏蔽仿真模型。

仿真计算结果表明 ,该模型与输电线路现场运行经验比较吻合 ,可用于输电线路的防雷屏蔽设计和评估输电线路的雷电屏蔽性能。

【总页数】5页(P76-80)
【关键词】仿真模型;雷电屏蔽;输电线路;评估
【作者】许高峰;顾乐观;司马文霞
【作者单位】重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TM863
【相关文献】
1.高压架空输电线路雷击过电压的仿真计算与分析研究之一:输电线路雷电过电压仿真计算模型的建立 [J], 李明贵;鲁铁成
2.基于先导发展模型的±800kV直流输电\r线路的雷电屏蔽性能评估 [J], 谢施君;
曹树屏;罗蜀彩;张晨萌;张榆;欧平吉
3.500 kV交流输电通道邻近线路雷电屏蔽特性仿真计算 [J], 王韬;赵乐冰;吴敏;赵淳;郭均天;王佩;孙泽中;邓冶强;王羽
4.特高压直流输电线路雷电屏蔽模型试验设计 [J], 江安烽;李锐海;王国利;傅正财
5.输电线路雷电屏蔽若干问题及雷击仿真模型 [J], 詹花茂;林福昌;王晓瑜;钱冠军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。