CN104950195B - 模拟风电机组桨叶引雷的试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟风电机组桨叶引雷的试验装置及方法，模拟风电机组桨叶引雷的试验装置包括电极和风电机组模型，风电机组模型的桨叶的尖端设有接闪器，风电机组模型的塔桶上设有与接地装置电联接的电阻组，电阻组与接闪器电联接，电极与水平面形成的夹角为锐角，电极的放电端偏向风电机组模型的方向，电极的放电端与接闪器的间距为预设距离S，与地面的间距为预设距离D，预设距离S和预设距离D都大于零，电极与高压引线电联接。上述的试验装置用于模拟实际中风电机组桨叶被雷电击中的情形，模拟风电机组桨叶引雷的试验方法用于获取风电机组桨叶被雷电击中的相关数据，这些数据能用于帮助改进风电机组的防雷措施。

Description

模拟风电机组桨叶引雷的试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种模拟风电机组桨叶引雷的试验装置及方法。

背景技术

随着风电新能源技术的发展，用于发电的风电机组的容量也逐渐增大，风机桨叶的长度从30m增加到50m到60m甚至更长。随着海上风电场的兴起，更多的大型风电机组也安设在了海洋中，但是海洋的特殊环境使得风电机组遭受雷击的几率非常大，根据德国的相关统计，德国风电场每百风机每年的雷击事故率在10％左右，损坏的部件主要是桨叶。在我国，雷击损害最为严重的海南东方风电场，近年来仅风机桨叶的雷击损坏率为5.56％。桨叶的损坏对发电量的影响最大，所需要的维修费用最多，维修工艺也最复杂，严重的雷击桨叶事故甚至可能导致整台风电机组报废。

根据研究，风机桨叶的损坏率和其引雷能力有关系。国内外学者普遍认为，风机的引雷能力和风机桨叶的形式、风机的高度、叶片大小和风机的种类有关系。在引雷能力和雷电屏蔽的试验方面，对于风电机组防范雷电直击的研究较少，基本上采用的是参考输电线路和杆塔防雷设计方法。这些方法在输电线路上的应用已经达到了一个相对较为成熟的地步，但是，风电机组的防雷和输电线路的防雷有一定的区别，输电线路上的规律并不一定能够直接应用在风电机组的防雷设计上，因此，为了进一步降低风电机组由雷击造成的损害，改进风电机组的防雷措施，针对风电机组引雷能力的试验研究就很有必要。

发明内容

基于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种模拟风电机组桨叶引雷的试验装置及方法，模拟风电机组桨叶引雷的试验装置用于模拟实际中风电机组桨叶被雷电击中的情形，模拟风电机组桨叶引雷的试验方法用于获取风电机组桨叶被雷电击中的相关数据，从而用于帮助改进风电机组的防雷措施。

其技术方案如下：

一种模拟风电机组桨叶引雷的试验装置，其特征在于，包括电极和风电机组模型，风电机组模型的桨叶的尖端设有接闪器，风电机组模型的塔桶上设有与接地装置电联接的电阻组，电阻组与接闪器电联接，电极与水平面形成的夹角为锐角，电极的放电端偏向风电机组模型的方向，电极的放电端与接闪器的间距为预设距离S，与地面的间距为预设距离D，预设距离S和预设距离D都大于零，电极与高压引线电联接。

在其中一个实施例中，所述电极由钢棒构成，所述电极的放电端为圆锥形。

在其中一个实施例中，所述夹角为30°。

在其中一个实施例中，所述风电机组模型与实际的风电机组的比例为1∶100。

在其中一个实施例中，所述风电机组模型的桨叶为环氧树脂桨叶，风电机组模型的塔桶为环氧树脂塔筒。

在其中一个实施例中，所述电阻组包括多个串联或/和并联的电阻。

在其中一个实施例中，所述电极上设有绝缘线，所述电极能通过该绝缘线进行悬吊固定。

一种模拟风电机组桨叶引雷的试验方法，包括如下具体步骤：

将电极固定，电极与水平面呈锐角，电极的放电端偏向风电机组模型的方向，电极的放电端与接闪器的间距为预设距离S，与地面的间距为预设距离D，预设距离S和预设距离D都大于零；

通过高压引线引入高压电使电极的放电端放电，放电次数为预定次数n；

记录放电端放出的电击中风电机组模型桨叶尖端的接闪器的次数a₁、击中地面的次数b₁，a₁+b₁＝n，计算击中接闪器的几率v₁，v₁＝a₁/n；

将风电机组模型塔桶上的电阻组更换为另一种类型的电阻组，再使电极的放电端放电n次，记录击中风电机组模型桨叶尖端的接闪器的次数a₂、击中地面的次数b₂，a₂+b₂＝n，计算击中接闪器的几率v₂，v₂＝a₂/n；重复上述的步骤多次，获得多个击中接闪器的几率，每个几率与当时类型的电阻组相对应。

其中，调节预设距离S和预设距离D，调节后的预设距离S和调节后的预设距离D形成新的试验情形，获得在新的试验情形下的多个击中接闪器的几率，每个几率与调节后的预设距离S、调节后的预设距离D及当时类型的电阻组相对应。

下面对前述技术方案的优点或原理进行说明：

上述的模拟风电机组桨叶引雷的试验装置中，风电机组模型用于模拟真实的风电机组，电极通过高压引线连接冲击电压发生器或相关设备而能放电，即模拟真实的雷击，电极放出的电会击中地面或者风电机组模型桨叶尖端的接闪器，击中接闪器的电通过风电机组塔桶上的电阻组被消除(或引入大地)。

通过模拟风电机组桨叶引雷的试验方法，能够获得接闪器被电击的几率的数据，每个电击的几率与各类型电阻组相对应，这些数据能用于分析风电机组模型引电能力与电阻组的关系，即能用于研究真实的风电机组引雷能力与接地的电阻组的关系，从而能用于帮助改进风电机组的防雷措施。

附图说明

图1为本发明实施例一所述的模拟风电机组桨叶引雷的试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二所述的模拟风电机组桨叶引雷的试验装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、电极，11、放电端，12、绝缘线，13、高压引线，2、风电机组模型，21、接闪器，22、电阻组，S、电极的放电端与接闪器的间距，D、电极的放电端与地面的间距。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

实施例一

如图1所示，为一种模拟风电机组桨叶引雷的试验装置，包括电极1和风电机组模型2(两桨叶型)，风电机组模型2参照实际的风电机组仿制而成，与实际的风电机组的比例为1∶100，风电机组模型2的桨叶的尖端设有接闪器21，风电机组模型2的塔桶上设有与接地装置电联接的电阻组22，该电阻组22包括多个串联或/和并联的电阻(电阻组具有多种类型)，电阻的功率、阻值分别为150W、2Ω，电阻组22与接闪器21电联接；，电极1与高压引线13电联接，电极1与水平面的夹角为30°的锐角，电极1的放电端11与接闪器21的间距、与地面的间距分别为预设距离S、预设距离D，预设距离S和预设距离D都大于零。其中，风电机组模型2用于模拟真实的风电机组，电极1通过高压引线13连接冲击电压发生器或相关设备而能对风电机组模型2放电，即模拟真实的雷击，电极1放出的电会击中地面或者风电机组模型2桨叶尖端的接闪器21，击中接闪器21的电通过风电机组塔桶上的电阻组22被消除(或引入大地)。在进行试验时，设置好预设距离S和预设距离D，使电极1放电预定次数，记录其中击中接闪器21的次数，更换电阻组22再进行上述的记录，通过多次记录的数据可以分析风电机组模型2招引电击与接地的电阻组22的关系，即风电机组引雷能力与接地的电阻组22的关系，从而能用于改进风电机组的防雷措施。

本实施例中，电极1由钢棒制成，其上还设有绝缘线12，绝缘线12用于悬吊固定电极1，电极1的放电端11为圆锥形。该电极1放电时更稳定，利于保障试验的准确性。

本实施例中，风电机组模型的桨叶为环氧树脂桨叶，风电机组模型的塔桶为环氧树脂塔筒，利于保障试验的准确性。

一种模拟风电机组桨叶引雷的试验方法，包括如下具体步骤：

通过绝缘线12将电极1悬吊固定，电极1与水平面的夹角为30°，电极1的放电端11偏向风电机组模型2的方向，电极1的放电端11与接闪器21的间距、与地面的间距分别为预设距离S、预设距离D；

通过高压引线13引入高压电使电极1的放电端11放电，放电次数为n，放出的电会击中地面或风电机组模型2桨叶尖端的接闪器21；

记录放电端11放出的电击中接闪器21的次数a₁、击中地面的次数b₁，a₁+b₁＝n，计算击中接闪器21的几率v₁，v₁＝a₁/n；

将风电机组模型2塔桶上的电阻组22更换为另一种类型的电阻组22，再使电极1的放电端11放电n次，记录击中风电机组模型2桨叶尖端的接闪器21的次数a₂、击中地面的次数b₂，a₂+b₂＝n，计算击中接闪器21的几率v₂，v₂＝a₂/n；重复多次，获得多个击中接闪器21的几率，每个几率与当时类型的电阻组22相对应。

在上述的试验方法中，调节预设距离S和预设距离D，调节后的预设距离S和调节后的预设距离D形成新的试验情形，获得在新的试验情形下的多个击中接闪器的几率，每个几率与调节后的预设距离S、调节后的预设距离D及当时类型的电阻组相对应，例如：

当S＝S₁、D＝D₁时，通过上述的方法获得多个击中接闪器21的几率v₁₁、v₁₂......v_1m，每个几率与当时类型的电阻组22相对应；

当S＝S₂、D＝D₂时，通过上述的方法获得多个击中接闪器21的几率v₂₁、v₂₂......v_2m，每个几率与当时类型的电阻组22相对应；

依此类推，获得更多的数据，将这些数据输入分析设备中形成曲线图，能够用于研究真实的风电机组引雷能力与电阻组的关系，从而改进真实的风电机组的防雷措施，降低由雷击造成的损害。

实施例二

如图2所示，与实施例一的不同之处在于：实施例一中的风电机组模型2为两桨叶型的，而实施例二中的风电机组模型2为三桨叶型的。除此之外，其他部分都相同。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种模拟风电机组桨叶引雷的试验装置，其特征在于，包括电极和风电机组模型；

风电机组模型的桨叶的尖端设有接闪器，风电机组模型的塔桶上设有与接地装置电联接的电阻组，电阻组与接闪器电联接；所述电阻组包括多个串联或/和并联的电阻；

电极与高压引线电联接，电极与水平面形成的夹角为锐角；

电极的放电端偏向风电机组模型的方向；

电极的放电端与接闪器的间距为预设距离S，电极的放电端与地面的间距为预设距离D，预设距离S和预设距离D都大于零；所述电极由钢棒构成，所述电极的放电端为圆锥形。

2.根据权利要求1所述的模拟风电机组桨叶引雷的试验装置，其特征在于，所述夹角为30°。

3.根据权利要求1所述的模拟风电机组桨叶引雷的试验装置，其特征在于，所述风电机组模型与实际的风电机组的比例为1：100。

4.根据权利要求1所述的模拟风电机组桨叶引雷的试验装置，其特征在于，所述风电机组模型的桨叶为环氧树脂桨叶，风电机组模型的塔桶为环氧树脂塔筒。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的模拟风电机组桨叶引雷的试验装置，其特征在于，所述电极上设有绝缘线，所述电极能通过该绝缘线进行悬吊固定。

6.一种模拟风电机组桨叶引雷的试验方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

将电极固定，电极与水平面的夹角为锐角，电极的放电端偏向风电机组模型的方向，电极的放电端与接闪器的间距为预设距离S，与地面的间距为预设距离D，预设距离S和预设距离D都大于零；

通过高压引线引入高压电使电极的放电端放电，放电次数为预定次数n；

记录放电端放出的电击中风电机组模型桨叶尖端的接闪器的次数a₁、击中地面的次数b₁，a₁+b₁＝n，计算击中接闪器的几率v₁，v₁＝a₁/n；

将风电机组模型塔桶上的电阻组更换为另一种类型的电阻组，再使电极的放电端放电n次，记录击中风电机组模型桨叶尖端的接闪器的次数a₂、击中地面的次数b₂，a₂+b₂＝n，计算击中接闪器的几率v₂，v₂＝a₂/n；重复上述的步骤多次，获得多个击中接闪器的几率，每个几率与当时类型的电阻组相对应；所述电阻组包括多个串联或/和并联的电阻。

7.根据权利要求6所述的模拟风电机组桨叶引雷的试验方法，其特征在于，调节预设距离S和预设距离D，调节后的预设距离S和调节后的预设距离D形成新的试验情形，获得在新的试验情形下的多个击中接闪器的几率，每个几率与调节后的预设距离S、调节后的预设距离D及当时类型的电阻组相对应。