電纜屏蔽層接地方式對風機除冰葉片雷擊浪涌影響仿真與試驗

張銀善

(上海電力大學電氣工程學院，上海 200090)

0 引言

我國風力資源豐富，風能以其清潔，無污染，可再生的特點，成為目前主要的新能源之一，但我國風力資源分布不均勻，風電場主要集中在東北、華北和西北地區，以及云南和貴州等高原地帶，這些地區冬季氣溫低，空氣濕度大，冰凍期較長，容易造成風力發電機葉片覆冰[1]。風力發電機葉片覆冰會改變葉片原有的外形，增加葉片表面粗糙程度，影響葉片的氣動性能，降低風力發電機的輸出功率；覆冰帶來的額外載荷會加劇葉片的振動，縮短葉片的使用壽命；葉片旋轉時還會導致拋冰，存在潛在的安全隱患[2]。風機葉片制造商為解決覆冰問題研發了基于碳纖維加熱網的除冰葉片，即在玻纖葉片外側敷設一層碳纖維加熱網，采用直流電源給加熱網供電進行除冰，但在采用該技術之后，風機葉片遭受雷擊的可能性增大，損傷結果更加嚴重[3]。為提高風機葉片的防雷性能，在碳纖維加熱網外側敷設一層金屬屏蔽網進行保護。

目前的研究主要針對不具備除冰功能的風機葉片雷擊防護問題以及其他應用場景下雷擊浪涌問題，文獻[4]針對玻纖葉片，提出了一種基于靜電場仿真分析的方法來確定雷擊初始附著區域，建立了風機葉片以及下行先導的全尺寸模型，運用3 維電磁場仿真軟件分析了雷電先導在風機葉片上的附著特點。文獻[5]仿真分析了59 m和79 m長的玻纖風機葉片感應電場分布和空間電勢分布，評估了兩種長度葉片的雷電防護區域，并對59 m的風機葉片接閃器分布進行了優化設計。……