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| 1 | 支撑“双碳”目标的风光发电装备安全运行关键技术显示文摘为支撑碳达峰、碳中和目标,在今后较长时间,我国风力和光伏发电为主的新能源发电系统将继续迎来加速发展。风力和光伏发电在快速发展的进程中,环境因素带来的挑战影响着系统的安全运行,同时带来高额的运维成本。因此,针对风光发电装备面临的雷击、覆冰、积尘、封装问题和智能运维等几个方面展开评述,对国内外已有的研究进展进行总结,并梳理了5个尚待解决的关键问题:多气候因素影响下旋转风机的雷击接闪机制,适应复杂环境的全天候风机叶片研制,钙钛矿太阳电池隔水氧可靠封装技术,基于数字孪生的风光发电装备全天候智能运维技术和风光发电装备零碳排可循环回收技术。对这些问题的有效解决将提升风光发电装备在复杂环境的适应性,推动以风光发电为主的新能源发电系统的安全运行,减少对高碳排放化石能源的依赖,助力实现'双碳'目标。 | 李庆民 于万水 赵继尧 | 2021 | 高电压技术2021，47，9： | 46 |
| 2 | 大型风电场雷击防护研究面临的关键问题显示文摘从风电场雷击现场观测与长间隙放电实验模拟、叶片雷击接闪放电、风电机组雷击风险评估与防雷系统优化设计、叶片雷击损伤机制、雷击电磁暂态与防护、叶片防雷系统测试方法、海洋环境风机防雷新问题等方面,对风电场雷击防护技术领域的国内外研究现状进行了总结。梳理出5个亟待解决的问题:风机旋转对叶片附近空间电荷的影响;叶片接闪的极性效应与负极性上行先导物理模型;多先导起始竞争机制及风机群屏蔽效应;雷击桨叶损伤机制与冲击爆裂动力学建模;风电机组雷击风险评估方法。对这些问题的有效解决将从理论基础、设计原则、评估测试体系等多个层面,提升对风电场雷击现象的认知水平,指导风机桨叶和防雷系统的优化设计。 | 李庆民 郭子炘 张黎 Siew Wah Hoon | 2018 | 中国电机工程学报2018，38，18： | 24 |
| 3 | 风力发电机组防雷技术进展综述显示文摘到2017年,全球风电装机容量已经达到5.39亿kW,中国风电装机容量已经达到1.88亿kW,位居世界第一。雷电是造成风力发电机损坏的最主要的自然灾害之一。通过对风机雷击损坏案例的统计分析,发现风机桨叶损坏约占总数的20%~28%,机电控制系统约占70.5%~71%。完整介绍了传统的风机防雷技术措施,主要包括安装接闪器、接地、等电位连接、安装电涌保护器(surge protective device,SPD)、屏蔽等。指出了风机防雷设计施工中存在的主要问题,如闪电通道与风机连接的规律尚未完全掌握、风机内部电子电气系统所受自然闪电感应电流的特征与实验室内使用的测试冲击电流存在较大差别。风机雷电试验结果表明,风机钢制塔筒对雷电低频部分的屏蔽效果较好,双绞敷设方式可有效减小对雷电能量的耦合。建议通过开展风机在自然闪电条件下的科学试验来研究风机防雷的基础性问题,从而有效提高风机防雷的技术水平。 | 施广全 张义军 陈绍东 张阳 郑栋 | 2019 | 电网技术2019，43，7： | 22 |
| 4 | 高寒地区风电机组雷电防护研究综述显示文摘我国蒙东、东北等高寒地区,风能资源储备丰富,风力发电建设已呈现规模化态势。近年来,雷电灾害已成为威胁风电机组安全运行的主要因素,并长期制约风电产业的正常发展。由于高寒地区具有较为显著的地理与环境特征,电力设备防雷保护的标准及措施与其他地区有较大差异,因此需对高寒地区风电机组雷电防护予以高度关注。综合高寒地区风电机组特点、地理环境以及雷电情况等因素,对高寒地区风电机组雷击特点进行概述,针对高寒地区风电机组雷电防护系统、雷电先导起始及发展机理、雷电直击损坏机理以及雷击电磁暂态过程四个部分的研究现状进行分析与总结,并结合尚待解决的问题,提出高寒地区风机防雷的若干研究领域。 | 蔡国伟 雷宇航 葛维春 潘超 | 2019 | 电工技术学报2019，34，22： | 12 |
| 5 | 风力发电机组下行雷击风险计算方法显示文摘风力发电机组年雷击事故次数是评估机组雷击防护水平、指导机组雷击防护系统设计和优化的重要指标。机组年雷击事故次数与机组年雷击次数有关。目前,广泛应用IEC标准中推荐的经验公式进行机组下行雷击风险评估。IEC推荐方法脱离雷击物理过程,无法反映雷电流幅值、机组几何形状等因素对机组雷击截收区域面积的影响。该文提出了一种基于自洽先导起始发展模型的风力发电机组下行雷击风险计算方法,该方法可以体现雷击接闪物理过程。验证计算表明方法计算所得机组年负极性下行雷击次数相比IEC推荐方法的计算结果更接近观测获得的机组实际年负极性下行雷击次数。利用该方法,进一步计算获得了机组容量与机组下行雷击风险之间的定量关系,并讨论了叶片旋转对机组下行雷击风险的影响。 | 黄胜鑫 陈维江 贺恒鑫 边凯 向念文 时卫东 何天宇 顾建伟 傅中 | 2019 | 中国电机工程学报2019，39，12： | 10 |
| 6 | 双接闪器叶片风电机组缩比模型雷击附着特性显示文摘风电机组叶片的雷击损害近年来频繁发生,叶片双接闪器布置是常见的风电机组雷电保护方式。针对2MW、40m双接闪器叶片风电机组,采用1.2/50μs冲击电压波形、1:100缩比比例开展缩比模型雷击附着试验,设计针对风电机组的缩比模型附着性能试验方法,研究雷电先导位置、叶片旋转角度对附着位置及接闪概率的影响。结果表明,高度较高、风机正上方的雷电先导更容易附着在叶片叶尖接闪器上,高度较低、位于风机侧方的雷电先导可能附着在叶片中部接闪器、机舱和避雷针,甚至叶片绝缘部分。风机叶片旋转角度对风机各组件的雷击附着率存在一定影响,叶片垂直向上时接闪器保护效率最高,叶片水平时保护效率最低。试验结果对理解风机雷击附着特性及其损坏具有指导意义。 | 王宇 王建国 周蜜 刘玉河 蔡力 薛健 | 2018 | 中国电机工程学报2018，38，18： | 10 |
| 7 | 闪电连接高度对地面电场波形的影响显示文摘传统回击模型认为回击从地面始发往云层发展,最新针对闪电连接过程的观测事实表明,闪电的先导连接过程发生在地面以上高度,先导连接后闪电连接高度处会产生上行回击电流和下行回击电流,并沿通道分别向云层和地面发展。该文提出考虑闪电连接高度的回击发展模型,计及在连接高度处的回击电流双向传输模式,利用该模型计算分析距闪电通道不同距离(50km、5km、50m)的地面电场。结果发现,地面电场波形受回击电流波前陡度的影响,下行回击的存在可能导致电场强度波形在上升阶段出现尖锐的初始尖峰。用电场初始尖峰过冲百分比来描述电场尖峰过冲程度,进一步分析连接高度、回击电流波前陡度和下行回击速度对电场初始尖峰过冲程度的影响,发现随着闪电连接高度的增加,电场初始尖峰过冲增大,持续时间增加;回击电流波前陡度增大,电场初始尖峰过冲增大;下行回击速度增大,电场初始尖峰过冲增大,但持续时间缩短。10m内较低闪电连接高度下,波前陡度为20~60kA/μs的电流在下行回击速度大范围变化下,电场强度波形中无明显初始尖峰。相比传统回击发展模型,考虑闪电连接高度回击发展模型的地面电场计算结果与观测事实更吻合,揭示了闪电连接高度对地面电场初始尖峰形成的影响机制。 | 周蜜 丁文汉 王建国 蔡力 樊亚东 | 2021 | 电工技术学报2021，36，4： | 10 |
| 8 | 基于高速摄像观测的风电场雷击风机发展过程和特性分析显示文摘该文主要分析张北风电场风机自然雷击过程的高速摄像光学资料,该雷击风机事件共发生了七次回击过程,有两个主要的闪电通道。前三次回击和后四次回击分别在不同的闪电通道进行。在回击之间出现了多次的企图先导,回击前的先导都是无分支的直窜型的先导。七次回击前的先导都在2ms内发展到回击,先导的平均二维发展速度都在10^(6)m/s数量级及以上,其中第五次回击前先导的平均发展速度最快,大于1.1×10^(7)m/s,第六次回击前的先导发展速度最小为2.62×10^(6)m/s。七次回击中第四次回击的相对发光总量最大,第三次相对发光总量最小。各次回击的相对发光总量和回击前的截止时间随回击次序的变化呈明显的线性正相关,各次回击的相对发光总量和回击前的先导平均发展速度呈相反的发展趋势。 | 蔡力 柯逸丰 李进 周蜜 王建国 | 2021 | 电工技术学报2021，36，S01： | 9 |
| 9 | 三种冲击电流连续作用下铝3003合金的损伤特性显示文摘研究多种冲击电流连续作用下金属的损伤特性是揭示金属遭受雷击时损伤机理的有效手段;通过观测和对比三种冲击电流单独和连续作用下金属的表面损伤形貌、剖面损伤组织特征、元素含量变化和显微硬度变化,分析三种冲击电流单独和连续作用下金属的损伤机理和损伤特性;讨论多种冲击电流连续作用对金属损伤特性的影响;总结多种冲击电流连续作用下金属损伤出现的典型特征。结果表明,电流幅值为404A的矩形波输出同时依次叠加幅值为150kA的30/80μs电流波和幅值为2.0kA的2ms方波的组合电流作用下,3003铝合金的损伤面积为3156.0mm2,损伤深度为4.7mm,氧元素含量增加35.56%,显微硬度值增加至78.5,相比于主导损伤对应的单一冲击电流作用下,金属的损伤面积、损伤深度、损伤区氧元素含量和显微硬度值分别增大了15.5%、42.4%、21.3%和2.7%;多种冲击电流连续作用下,金属损伤出现了深度加深和裂纹加剧的典型特征。 | 刘亚坤 戴明秋 毕晓蕾 刘娟 傅正财 | 2020 | 电工技术学报2020，35，6： | 6 |
| 10 | 风力发电机叶片雷击接闪特性研究综述显示文摘风力发电已成为全球领域推荐能源转型的核心技术和应对气候变化的重要途径。雷击是造成风力发电机损坏的主要原因之一。由于风电机结构和机组位置的特殊性,其雷击特性和防护措施与普通雷击目标物具有明显差异。该文对近年来风电场雷击自然观测、雷击风机模拟试验、雷击风机接闪过程数值计算以及接闪失效和系统优化设计等方面的研究前沿进展进行了总结和分析。主要结论为:1)由于风机尺寸越来越大,风力发电机雷击风险与上行先导关系更紧密,不同极性的雷电引发风机上行先导能力存在差异,进而影响到风机的接闪特性。2)由于风机长时间处于旋转状态,叶片旋转会影响风力发电机的引雷能力和接闪位置,但目前研究对旋转影响风机接闪放电过程机理的阐释仍未完善。3)风机数量、安装位置、外部环境等对风电机组雷击风险有较大影响,风电机组群多先导相互竞争的接闪机制以及雷击风险评估方法还有待深入研究。4)目前叶片接闪系统设计简单,设计未能充分考虑风力发电机实际接闪过程和雷击机理,接闪系统的科学性有待进一步论证。 | 文习山 邓冶强 王羽 蓝磊 屈路 王健 | 2020 | 高电压技术2020，46，7： | 5 |
| 11 | 大气条件下雷击风机叶片初始流注区电场强度与临界长度研究显示文摘通过利用有限元仿真软件COMSOL建模,计算下行先导发展过程中叶片尖端附近背景电势。基于临界长度判据,研究不同大气条件下雷击风机叶片初始流注区电场强度与临界长度,并分析临界背景电势。揭示初始流注区电场强度与临界长度影响叶片上行先导起始的机理,据此提出雷击风机叶片上行先导起始评价体系。此后深入分析大气条件对初始流注区电场强度与临界长度的影响。研究表明,当雷电情况不变时,不同大气条件下初始流注区电场强度与临界长度发生变化,导致临界背景电势改变,进而影响叶片上行先导的起始;大气条件变化使得初始流注区电离程度改变,从而影响初始流注区电场强度与临界长度,其中空气压强与温度影响较为明显,湿度影响则较小。相关结论为风机防雷基础理论研究提供有益参考。 | 雷宇航 蔡国伟 潘超 | 2019 | 电工技术学报2019，34，20： | 3 |
| 12 | 风电机组玻纤叶片雷电接闪器布局仿真分析显示文摘风电机组叶片雷电防护需要考虑整机叶片动态变化对空间电势的影响。雷电环境模型化,用平板电极模拟整个风机在雷电环境下“势”的分布,棒电极模拟雷电下行先导到达叶片周围时叶片上行先导的选择。计算叶片长59 m和79 m的风电机组感应电场分布和空间的电势分布,对比分析0°上叶片尖端处的感应电场,评估两种长度叶片的雷电防护区域,同时设计了叶片(长59 m)的接闪器布局。研究结果表明:1)雷电环境下,越靠近叶尖感应电场越大;2)叶片越长,雷电防护设计时应考虑更小角度试验验证。59 m叶片虑到21°,79 m叶片需要考虑到17°;3)叶片越长,叶尖端需要防护的区域越大。59 m叶片距叶尖13.4 m区域需要重点防护,占整个叶片的22.7%;79m叶片是距叶尖32.9 m区域需要重点防护,占整个叶片的41.6%。4)59 m叶片防雷系统设计时,叶尖接闪器和第一组叶身接闪器间距为2.7m,第一组叶身接闪器和第二组叶身接闪器的间距为7.5 m,第二组叶身接闪器和第三组叶身接闪器的间距为14 m,第三组接闪器可以选择安装。数值分析结果为风机叶片的接闪器布局提供重要的数据和理论支撑。 | 段雁超 杜鸣心 熊秀 | 2020 | 电瓷避雷器2020，，3： | 3 |
| 13 | 风机叶片雷击概率分布仿真计算显示文摘针对目前风机防雷设计效果不佳的问题,为提出技术经济最优的接闪器布置方案,需获取准确的风机叶片雷击概率分布特性。拟基于正极性迎面先导起始与发展模型和负极性地闪下行发展模型,结合有限元分析方法,建立风机接闪过程的物理仿真模型,计算不同雷电流幅值下风机不同部位的击距,并提出风机不同部位的接闪面积计算方法,得到典型风机叶片在三种不同角度时不同部位的雷击概率分布。仿真结果发现当单个叶片竖直向下、保持水平以及竖直时向上,在正极性和负极性雷电下,雷电在叶片0~5 m范围内附着的概率分别为89.77%、93.64%、97.09%和92.53%、95.98%、97.99%。三种叶片角度条件下,叶片根部36~40 m范围内,风机的接闪概率小于1%,与风电场实际风机的雷击统计数据进行对比,初步验证了模型的有效性,研究结果拟为风机叶片防雷方案提供指导意见。 | 王健 蓝磊 王羽 文习山 邓冶强 屈路 | 2021 | 电瓷避雷器2021，，3： | 2 |
| 14 | 雷击风机叶片背景电势分布与叶片引雷能力评估显示文摘通过建立风机叶片遭受雷击时下行先导发展的物理模型,研究雷击风机叶片背景电势。依据临界长度判据描述叶片上行先导起始过程,研究临界背景电势变化时静止叶片上行先导起始情况,并分析旋转叶片上行先导起始时刻背景电势。基于叶片静止、旋转两种状态与背景电势分布,对风机不同条件下的叶片引雷能力进行评估。研究表明,若雷电情况与大气条件恒定,临界背景电势不变,临界背景电势变化将影响静止叶片上行先导的起始;当叶片转速一定,旋转叶片上行先导起始时刻背景电势取决于临界背景电势;伴随叶片角度与接闪器半径的增大,叶片引雷能力减弱;由于双风机之间存在屏蔽作用,风机在双风机系统中的叶片引雷能力弱于其为单风机时的叶片引雷能力。相关结论可为风机雷电防护策略的制定提供有益参考。 | 雷宇航 蔡国伟 潘超 | 2020 | 电瓷避雷器2020，，6： | 2 |
| 15 | 雷击碳纤维叶片的表面场强分布与附着特性研究显示文摘风电场中使用碳纤维叶片的风机正在逐年增多,为了研究碳纤维应用在风机叶片时的雷击附着特性,文中建立了碳纤维和玻/碳纤维混合风机叶片的三维电磁场仿真模型,基于有限积分法和理想边界拟合技术,通过计算不同材料叶片表面场强分布,分析了下行先导位置和叶片材料影响雷击附着特性的原因,研判了接闪器对碳纤维叶片的保护能力。研究结果表明:全碳纤维叶片表面场强分布特性与玻璃纤维叶片相似,但更早且更易产生上行先导;玻/碳纤维混合叶片表面场强分布受材料特性影响呈明显的差异化分布,碳纤维部分较玻璃纤维部分更易受雷击;下行先导的位置对叶片表面场强分布的影响与材料特性相关;雷击附着特性分析显示传统叶片接闪器对碳纤维叶片的保护能力有限。 | 周歧斌 史一泽 王振兴 边晓燕 赵洋 | 2022 | 高压电器2022，58，2： | 1 |
| 16 | 山区风电机组雷电防护技术发展综述显示文摘近年来,风电场的大量兴建引发人们对风电机组安全问题的广泛关注。在风电场众多的安全影响因素中,雷电的危害是一个重要方面。本文结合山区风电机组特点及雷击损坏情况,从雷电先导发展机理、风电机组直击雷防护方法和风电机组雷击电磁暂态过程等方面分析了国内外现有风电机组雷电防护技术研究现状,并据此提出山区风电机组防雷方面有待深入研究的三个方向。 | 陶家元 郑雪娜 曹强 顾小慧 吴胜磊 何慧君 | 2023 | 价值工程2023，42，4： | 0 |
| 17 | 广西陆上风电运行综合防雷技术综述显示文摘广西是一个面临土壤电阻率高、年雷暴日多以及落雷密度大等极端工况的地区,这对于风力发电的建设提出了极大的挑战。因此,研究风电场的防雷技术并采取反措施是提高风电场抗雷水平、确保其稳定运行的重要途径。通过对我国近年来在风电场防雷方面的工作进行梳理,对风机叶片和集电线路的防雷技术和分析方法进行了归纳和总结。针对当前技术的不足,提出了一些改进措施:重新布置接闪器的位置可以降低雷击对风机叶片的损害,而在风机叶片外加装金属防护网则可以最大程度地避免电荷聚集,从而在宏观上形成焦耳热,导致叶片机械性爆裂;对于集电线路上的设备,使用“阻塞型”防雷技术配合具有自灭弧功能的并联间隙可降低其雷击故障率。最后,根据不同地区的雷电工况,提出了相应的风机叶片和集电线路的防雷技术改进措施:在落雷密度相对较小、年均雷暴天数较少的地区,应采用调整接闪器分布的方案和“阻塞型”防雷技术;而在部分落雷密度大、年均雷暴天数多的地区,则应采用风机叶片外加金属防护网和集电线路采用“阻塞型”防雷技术配合自灭弧并联间隙技术的方案。 | 赵芸 肖煦 | 2023 | 装备制造技术2023，，6： | 0 |
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