基于ANSYS的风机叶片电晕触发阈值的影响因素分析

基于ANSYS的风机叶片电晕触发阈值的影响因素分析

李祥超

风能作为一种可再生能源，因其环保而被大力提倡，但是人们在风电发展过程中发现，由于风电场多建于旷野，再加上风力发电机组规模的不断扩大，塔架的高度不断增加，其遭受雷击的可能性越来越大，遭受雷击的后果也越来越严重。风机叶片一旦损坏，不仅会导致发电效率的降低，还会加大设备运行成本，目前已成为制约风电发展的重要问题。通过观测发现，雷电过程中的梯级先导接近地面时，地面上物体的尖端处的电场会发生畸变，电场强度会迅速增大，当尖端处的电场大于临界值就会满足始发上行先导的条件。那么，风机叶片电晕环境阈值与电晕触发阈值在不同条件下的变化规律是怎样的呢？

近期我院李祥超团队以风机叶片为研究对象，通过ANSYS仿真与试验室模型试验相结合的方法，进行了风机叶片电晕触发阈值的影响因素分析。将风机置入平行电容板的模型中，计算了电晕触发时风机叶片的电场和电势。风机叶片长为22cm和旋转角度为0°时电场畸变最强的发生在风机最高叶片的尖端，较低的叶片尖端也明显畸变，叶片周围的最大场强为339.15 kV /m（如图1a）。电场的方向为平行电容板的下极板指向上极板，最高叶片尖端电场方向与环境电场方向基本一致，但在电场强度上发生了很大畸变，在较低叶片的强度上在方向上发生了较大的畸变，畸变后的电场方向基本上与原环境电场方向垂直（如图1b）。