[发明专利]基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型的构建方法

权利要求书

1.一种基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型的构建方法，其特征是：以雷电先导发展的物理模型为基础，并以负极性雷击描述雷击过程，将负极性雷击分为三个阶段，下行先导向下发展，上行先导起始，上下行先导连接过程，假定雷电下行先导竖直向下发展，当上、下行先导的流注相遇时发生雷击，将发生雷击时上行先导流注头部的高度定为击距，据此计算出风机叶片动态击距，以体现风机叶片上不同位置具有不同的击距，以及风机叶片所处位置的变化而改变击距，在假设雷电流数值向下发展的前提下，根据动态击距，建立针对风机叶片的电气几何模型；

所述风机叶片动态击距的计算方法包括：

1)根据雷云和下行先导位置，求出风机周围的背景电位，计算空间电离产生的电荷数，判定电晕起始，若电晕不起始，下行先导进一步向下发展；

2)电晕起始后，由风机周围电位曲线计算电晕区域电荷，当电晕区域电荷大于设定值时流注向先导转化，否则下行先导进一步向下发展；

3)先导起始后，假定一个初始先导长度，根据电位畸变曲线计算上行先导发展过程，当上下行先导头部之间的平均场强为Estr时确定接闪，最终求得上行先导和流注的发展高度；所述Estr为流注区电场近似于恒定值，4.5×10⁵V/m。

2.如权利要求1所述的一种基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型的构建方法，其特征是：根据风机叶片电气几何模型中暴露弧、屏蔽弧以及风机叶片旋转角度的几何关系，计算风机叶片电气几何模型暴露距离，进而得到风机叶片防雷系统效率。

3.如权利要求1所述的一种基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型的构建方法，其特征是：风机叶片的电气几何模型上包括叶片接闪器的击距、叶片叶身处的击距、暴露弧和屏蔽弧，确定所研究叶片部分防雷效率时，首先明确叶片的击距对应的暴露弧和屏蔽弧包络线的起始点。

4.如权利要求1所述的一种基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型的构建方法，其特征是：当雷电流幅值增大，暴露弧会继续减小至消失，叶片得到完全屏蔽，此时所对应的雷电流幅值为叶片接闪失败的最大雷电流。

5.如权利要求1所述的一种基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型的构建方法，其特征是：雷电下行先导采用先导通道电荷分布模型。

6.如权利要求1所述的一种基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型的构建方法，其特征是：利用风机叶片电气几何模型，分析风机叶片角度、雷电流幅值和接闪器布置对防雷系统效率的影响，最后基于风机叶片长间隙下击穿实验验证了该模型的有效性。

7.如权利要求1所述的一种基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型的构建方法，其特征是：当风机的塔筒高度、雷电流幅值固定时，叶片的击距与叶片上的位置和旋转角度有关。

8.如权利要求1所述的一种基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型的构建方法，其特征是：风机防雷系统效率为：

其中，Es为叶片防雷系统分级效率，雷电流幅值为I，Imin和Imax分别为雷电流最小和最大幅值，叶片呈角度θ，f(I)为关于雷电流幅值的概率函数，lMN(I，θ)表示暴露距离的总和，lMO(I，θ)表示总区域距离。

9.如权利要求1所述的一种基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型的构建方法，其特征是：在暴风雨天气风机停运时，避免有风机叶片接近水平，使叶片竖直向上；增加叶片接闪器时，要考虑接闪器之间的屏蔽效应。