风力发电机叶片防雷金属网的选择及布置方法技术

本发明专利技术涉及风电防雷技术领域，公开一种风力发电机叶片防雷金属网的选择及布置方法，为风机叶片防雷金属网布置提供参考。方法包括：建立敷设防雷金属网后风机叶片局部区域的电

【技术实现步骤摘要】
风力发电机叶片防雷金属网的选择及布置方法


[0001]本专利技术涉及风电防雷
，尤其涉及一种风力发电机叶片防雷金属网的选择及布置方法。

技术介绍

[0002]风力发电机叶片的雷击防护问题一直是风电系统安全运行关注的焦点。但随着风电能源的发展，风电机组单机容量日益增加，塔筒高度和叶片长度也随之不断增加，使得常用(叶尖、圆盘)接闪器+雷电引下线的叶片防雷接闪系统的雷击防护失效问题愈加严重，进而导致叶片受损机率增大，甚至损毁叶片，严重威胁风电场的安全稳定运行，同时，停机维修造成的经济损失也相当巨大。为了解决风机叶片雷击防护失效造成叶片受损的问题，有必要对现有的叶片防雷系统进行改造设计。
[0003]得益于防雷金属网在飞机防雷中的成功应用，将其应用于风机叶片也得到了越来越多的关注。然而，无论是叶片制造厂、整机厂，还是业主对叶片防雷知识还不够了解，选取和布置防雷金属网时也没有可参考的依据，不知如何选取和布置金属网才能起到很好的防雷效果，从而无法保护风机叶片在遭受雷击后免受损坏。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于公开一种风力发电机叶片防雷金属网的选择及布置方法，为风机叶片防雷金属网布置提供参考。
[0005]为达上述目的，本专利技术风力发电机叶片防雷金属网的选择及布置方法包括以下步骤：
[0006]步骤S1、局部建模仿真分析，具体为：
[0007]建立敷设防雷金属网后风机叶片局部区域的电
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热
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力耦合有限元仿真模型，通过计算叶片遭受雷击后的叶片的温度、应力分布情况，对叶片基底层及防雷金属网的烧蚀、撕裂损伤情况进行分析，为风机叶片防雷用防雷金属网关键参数的选取提供依据；
[0008]步骤S2、整体建模仿真分析，具体为：
[0009]建立考虑雷云、下行先导通道电荷及地形地貌作用下多风力发电机整体的电场有限元建模仿真，计算风机叶片的电场分布情况，进而获得风机叶片不同位置处上行先导起始发展情况，通过上行先导的起始发展情况判断风机不同位置遭受雷击概率的高低，从而为风机叶片防雷金属网布置提供参考。
[0010]优选地，所述步骤S1具体包括：
[0011]步骤S11、参照特定金属网自身结构，建立长宽分别为Lm和Wm或其他特定形状的金属网结构几何模型，以及敷设金属网后局部风机叶片几何模型，主要包括风机叶片基底层、金属网及填胶层或环氧树脂固化层等；
[0012]步骤S12、在金属网不同位置施加雷电流激励源，并设置电磁场及温度场边界条件、初始条件、材料参数及耦合关系；
[0013]步骤S13、求解计算金属网的温升、应力分布情况，以根据温度是否超过升华温度、金属网及叶片是否损坏及确定损坏面积大小此判断所敷设的金属网是否符合防雷要求。
[0014]优选地，所述步骤S2具体包括：
[0015]步骤S21、建立正/负极性雷云及下行先导作用电场下考虑风电场地形地貌及风机分布位置的多风力发电机三维电场有限元仿真模型，其中风力发电机叶片不敷设金属网，仅模拟原有接闪体系进行建模；
[0016]步骤S22、设置雷云电场边界条件；
[0017]步骤S23、对不同叶片旋转位置的电场进行求解，获得不同情况下整支风机叶片上的电场分布情况，通过上行先导起始模型对叶片上不同采样点处上行先导起始情况进行计算，以先导起始时间早晚判断叶片不同位置处遭受雷击的概率。
[0018]优选地，本专利技术还包括：
[0019]步骤S24、通过计算获得风机叶片不同位置遭受雷击的概率情况，并在雷击概率大的区域敷设金属网，同时重新建立仿真模型，计算敷设金属网后电场分布、金属网敷设区及非金属网敷设区的先导起始发展情况，验证敷设金属网后防雷的有效性。其中，在重新建立仿真模型的过程中，用厚度相同的金属薄膜替代金属网建模，同时修改金属电导率以保证金属薄膜与金属网电阻等效。
[0020]本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术通过局部建模仿真分析为风机叶片防雷用防雷金属网关键参数的选取提供依据，通过整体建模仿真计算，为风机叶片防雷金属网布置提供参考。
[0022]下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0023]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0024]图1是本专利技术实施例公开的延展金属网网格结构。
[0025]图2本专利技术实施例公开的局部风机叶片仿真分析几何模型。
[0026]图3本专利技术实施例公开的整体仿真分析流程。
[0027]图4本专利技术实施例公开的整体风机叶片仿真分析几何模型。
具体实施方式
[0028]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0029]实施例1
[0030]本实施例公开一种基于仿真分析的风力发电机叶片防雷金属网的选择及布置方法：
[0031]1)局部建模仿真分析。
[0032]建立敷设防雷金属网后风机叶片局部区域的电
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热
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力耦合有限元仿真模型，通过计算叶片遭受雷击后的叶片的温度、应力分布情况，对叶片基底层及防雷金属网的烧蚀、撕裂损伤情况进行分析，为风机叶片防雷用防雷金属网关键参数的选取提供依据。
[0033]2)整体建模仿真分析。
[0034]建立考虑雷云、下行先导通道电荷及地形地貌作用下多风力发电机整体的电场有限元建模仿真，计算风机叶片的电场分布情况，进而获得风机叶片不同位置处上行先导起始发展情况，通过上行先导的起始发展情况判断风机不同位置遭受雷击概率的高低，从而为风机叶片防雷金属网布置提供参考。
[0035]局部建模仿真分析：1)参照特定金属网自身结构，建立长宽分别为Lm和Wm或其他特定形状的金属网结构几何模型，以及敷设金属网后局部风机叶片几何模型，主要包括风机叶片基底层、金属网及填胶层或环氧树脂固化层等；2)在金属网不同位置施加雷电流激励源，并设置电磁场、温度场及结构场边界条件、初始条件、材料参数及耦合关系；3)求解计算金属网的温升及应力分布情况，以材料的融化、软化、气化升华临界温度及破坏应力为判据，据此判断金属网在遭受雷击后的受损程度；并且在模型中采用潜热设置，当某网格单元平均温度超过升华温度，则后续计算此单元不再升温，热量传递给周围网格单元。
[0036]整体建模仿真分析：1)建立负极性雷云及下行先导作用电场下考虑风电场地形地貌及风机分布位置的多风力发电机三维电场有限元仿真模型，其中风力发电机叶片不敷设金属网，仅模拟原有接闪体系进行建模；2)设置雷云电场边界条件，雷云电场场强一般为10
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40kV/m，雷云高度范围为2000
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10000m；3)对不同叶片旋转位置的电场进行求解，获得不同情况下整支风机叶片上的电场分布情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机叶片防雷金属网的选择及布置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、局部建模仿真分析，具体为：建立敷设防雷金属网后风机叶片局部区域的电
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热
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力耦合有限元仿真模型，通过计算叶片遭受雷击后的叶片的温度、应力分布情况，对叶片基底层及防雷金属网的烧蚀、撕裂损伤情况进行分析，为风机叶片防雷用防雷金属网关键参数的选取提供依据；步骤S2、整体建模仿真分析，具体为：建立考虑雷云、下行先导通道电荷及地形地貌作用下多风力发电机整体的电场有限元建模仿真，计算风机叶片的电场分布情况，进而获得风机叶片不同位置处上行先导起始发展情况，通过上行先导的起始发展情况判断风机不同位置遭受雷击概率的高低，从而为风机叶片防雷金属网布置提供参考。2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片防雷金属网的选择及布置方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：步骤S11、参照特定金属网自身结构，建立长宽分别为Lm和Wm或其他特定形状的金属网结构几何模型，以及敷设金属网后局部风机叶片几何模型，主要包括风机叶片基底层、金属网及填胶层或环氧树脂固化层等；步骤S12、在金属网不同位置施加雷电流激励源，并设置电磁场及温度场边界条件、初始条件、材料参数及耦合关系；步骤S13、求解计算金属网的温升、应力分布情况，以根据温度是否超过升华温度、金属网及叶片是否损坏及确定损坏面积大小此判断所敷设的金属网是否符合防雷要求。3.根据权利要求1或2所述的风力发电机叶片防雷金属网的选择及布置方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋正龙，石鑫，谢鹏康，胥望，李波，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：