CN106133311B - 用于风轮机的闪电测量系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量风轮机引下线(DC)中闪电电流参数的闪电测量系统(LMS)，闪电测量系统(LMS)包括：传感器装置(SEA)、数据收集单元(DCU)、连接装置(CA)、绝缘装置(INS)，传感器装置(SEA)被设置成对引下线(DC)进行测量，连接装置(CA)将传感器装置(SEA)与数据收集单元(DCU)电连接，其中传感器装置(SEA)和至少部分的连接装置(CA)和/或引下线(DC)被封闭在绝缘装置(INS)中，从而限定：在传感器装置(SEA)和引下线(DC)之间的最小绝缘距离(MID)，及在引下线(DC)未被该绝缘装置(INS)封闭而暴露出来的部分和连接装置(CA)未被绝缘装置(INS)封闭而暴露出来的部分之间的最小表面距离(MSD)，为此，绝缘装置(INS)有效防止引下线(DC)和传感器装置(SEA)之间的绝缘击穿，并有效防止引下线(DC)暴露的部分和连接装置(CA)暴露的部分之间的表面闪络。

Description

用于风轮机的闪电测量系统
技术领域
本发明涉及一种用于测量风轮机引下线中闪电电流参数的闪电测量系统，如权1所述的。
背景技术
在本技术领域内已知不同的闪电测量系统。
然而，在运行中的风轮机中安设这样的闪电测量系统存在一些实际问题。
发明内容
本发明第一方面涉及一种用于测量风轮机引下线中闪电电流参数的闪电测量系统，该闪电测量系统包括：
被设置成对该引下线进行测量的传感器装置，
数据收集单元，
连接装置，该连接装置将传感器装置与数据收集单元电连接，及
绝缘装置，
其中，传感器装置和至少部分的该连接装置和/或引下线被封闭在绝缘装置中，从而限定：
在传感器装置和引下线之间的最小绝缘距离，及
在引下线未被绝缘装置封闭而暴露出来的部分和连接装置未被绝缘装置封闭而暴露出来的部分之间的最小表面距离，
为此，绝缘装置有效防止引下线和传感器装置之间的绝缘击穿，并有效防止引下线暴露的部分和连接装置暴露的部分之间的表面闪络。
本发明的目标是解决已知的闪电测量系统关联出来的问题。
本发明的一个益处在于，能实现引下线和数据收集单元之间的电流隔离。
本发明的一个益处在于，能在不应用专门测量技术的情况下，实现引下线和数据收集单元之间的电流隔离。即，即使只是应用相对常规的、性能已通过验证的测量技术，仍能建立电流隔离。
本发明的一个益处在于，通过同时建立最小表面距离和最小绝缘距离，数据收集单元可以不受闪电冲击电流损害。因此，数据收集单元的性能和寿命可以大幅提高，尤其是其被安设在闪电冲击频繁的范围内的风轮机中时。由于绝缘装置因已建立的最小绝缘距离能防止闪电电流在引下线中流动关联出的电压自引下线击穿绝缘装置而进入传感器装置，及由于绝缘装置因已建立的最小表面距离能防止闪电电流在引下线中流动而关联出的电压自引下线在绝缘装置的表面上产生表面闪络而到达连接装置上方，数据收集单元能有效地与引下线及引下线中的极端电压和/或电流绝缘。即，通过以绝缘装置的方式在引下线和数据收集单元之间建立有效的电流绝缘，数据收集单元可以不受引下线中流动的闪电电流的危险效应的损害，在此基础上，数据收集单元进行测量及风轮机能在必要的闪电监测下操作，即使在高闪电冲击发生的区域。
闪电测量系统关联出的一个问题是，通过因闪电暴露在引下线上测量而展现出极端电压和/或电流，闪电测量系统自身会相对暴露在这些电压和/或电流下，由此期望寿命就会相对短暂，例如，第一次闪电冲击后寿命就终结。这会形成一个问题，之后的闪电冲击就无法再被测量，且风轮机的闪电损坏也不能再被监测。即使风轮机收到微小的闪电损坏，例如，风轮机叶片的损坏，如果不积极抵消，都会发展成致命的轮机损坏。因此，如果风轮机的闪电测量系统被损坏而不能监测风轮机，那么任何闪电损坏都不可知，由此，会一发不可收拾。而且，这样的闪电测量系统替换起来价格还相对昂贵。
本发明的一个益处在于，可以解决上述问题。
本发明的一个益处在于，传感器装置、连接装置和数据收集单元有防闪电保护，且能在不被闪电冲击损坏的情况下记录至风轮机的额外闪电冲击的数据。
关于本发明，需要理解的很重要的一点是，即使传感器装置被适当地绝缘以防止绝缘击穿，其还是会收到表面闪络的伤害。事实上，当今的发明者已经意识到，事实上，虽然在给定的配置中，相对较短距离的绝缘材料就能有效防止绝缘击穿，但要防止表面闪络需要长得多的距离，因此，要保护这样的设备不受表面闪络损害会相当复杂。
根据本发明的实施例，应当理解的是，闪电测量系统可以被安设并成为风轮机的部分，或者至少适应于被安设在风轮机中，即，闪电测量系统适应于测量风轮机引下线中的闪电电流参数。
而且，根据实施例，应当理解的是，传感器装置适应于被设置成在引下线上进行测量。
最后，根据实施例，应当理解的是，绝缘装置适应于封闭传感器装置及封闭连接装置和/或引下线的至少部分被封闭在绝缘装置中。因此，绝缘装置被安设在风轮机中时，能有效地在引下线和传感器装置之间防止绝缘击穿，及在被安设在风轮机中时，能有效地在引下线暴露的部分和连接装置暴露的部分之间防止表面闪络。
根据本发明的有益实施例，绝缘装置有效防止引下线和传感器装置之间的绝缘击穿，并有效防止引下线暴露的部分和连接装置暴露的部分之间的表面闪络，以使电势差达到最小绝缘击穿电压和/或最小表面闪络电压，最小绝缘击穿电压和/或最小表面闪络电压是50kV，较佳是75kV，更佳是100kV，又更佳是120kV，最佳是140kV，例如160kV，例如180kV，例如200kV。
接着上文的实施例，需要理解的很重要的一点是，用于放电的放电在引下线暴露部分和连接装置暴露部分之间的总路径由沿表面及穿过材料的分摊组成。而且，需要理解的很重要的一点是，有无限数量的这样的组合距离或路径存在。对于每段这样的组合距离而言，在一方面的引下线的暴露部分和另一方面的连接装置或传感器装置之间的电势差必然会引起表面闪络和/或绝缘击穿。这样的电势差分别指的是最小表面闪络及最小绝缘击穿。因此，最小表面闪络电压、最小绝缘击穿的最低点是例如，50kV，一边的传感器装置或连接装置和另一边的引下线之间的电势差会不得不至少有50kV才会引起任何闪络和/或绝缘击穿，及，结果是，绝缘装置能有效地防止任何闪络和/或绝缘击穿，直到电势差达到至少50kV。
上文的实施例的一个益处在于，传感器装置、连接装置和数据收集单元有防闪电保护，且能在不被闪电冲击损坏的情况下记录至风轮机的额外闪电冲击的数据。
根据本发明的有益实施例，绝缘装置被设置成能实现以下公式给出的条件：
其中，Dmat,i代表穿过绝缘装置的第i个距离元素，Dsur,j代表在表面上的第j个距离元素，例如，属于绝缘装置的表面，其中Emat代表引起绝缘击穿所需的电场，Esur代表引起表面闪络所需的电场，且其中，Ceff是50kV，较佳是75kV，更佳是100kV，又更佳是120kV，最佳是140kV，例如160kV，例如180kV，例如200kV。
上文的实施例表明，沿任何可能路径所需的引起闪络和/或绝缘击穿的电场强度的总和的最小失败电压是至少50kV，例如，75kV，例如，100kV，例如，120kV，例如，140kV，例如，160kV，例如，180kV，例如200kV。在这方面，最小失败电压可以被理解成最小表面闪络电压、绝缘击穿电压及任何用于沿表面和穿过绝缘装置的组合路径的有效电压的最低点。因此，根据上文的实施例，绝缘装置，因已建立的最小表面距离和最小绝缘距离，适应于防止任何表面闪络、绝缘击穿或其组合达到失败电压。
上文的实施例的一个显著益处在于，闪电测量系统至少在规定电压下，不会被引下线中的闪电电流伤害。因绝缘装置促进的保护，表面闪络和/或绝缘击穿必须要跨过有效势垒，这要求，在放电发生之前，一方面的引下线和另一方面的连接装置或传感器装置之间的电势差达到至少失败电压。由此，使得数据收集单元能在由引下线传导的若干额外的闪电冲击过程中始终与传感器装置保持直接的电接触。
上文的实施例的一个益处在于，传感器装置、连接装置和数据收集单元有防闪电保护，且能在不被闪电冲击损坏的情况下记录至风轮机的额外闪电冲击的数据。
根据本发明的有益实施例，绝缘装置被设置成能实现以下公式给出的条件：
其中，Dmat,i代表穿过绝缘装置(INS)的第i个距离元素，Dsur,j代表在表面上的第j个距离元素，例如，绝缘装置的表面，Dair,k代表穿过空气第k个距离元素，其中Emat代表引起绝缘击穿所需的电场，Esur代表引起表面闪络所需的电场，Eair代表引起空气闪络所需的电场，且其中，Ceff是50kV，较佳是75kV，更佳是100kV，又更佳是120kV，最佳是140kV，例如160kV，例如180kV，例如200kV。
上文的实施例表明，沿任何可能路径所需的引起闪络和/或绝缘击穿的电场强度的总和的最小失败电压是至少50kV，例如，75kV，例如，100kV，例如，120kV，例如，140kV，例如，160kV，例如，180kV，例如200kV。在这方面，最小失败电压可以被理解成最小表面闪络电压、最小空气闪络电压、绝缘击穿电压及任何用于沿表面和穿过绝缘装置的组合路径的有效电压的最低点。因此，根据上文的实施例，绝缘装置，因已建立的最小表面距离、最小绝缘距离和最小空气距离，适应于防止任何表面闪络、空气闪络、绝缘击穿或其组合达到失败电压。
上文的实施例的一个益处在于，传感器装置、连接装置和数据收集单元有防闪电保护，且能在不被闪电冲击损坏的情况下记录至风轮机的额外闪电冲击的数据。
根据本发明的有益的实施例，最小绝缘距离有效地防止绝缘击穿，以便在引下线和传感器装置之间的电势差达到50kV，较佳达到75kV，更佳达到100kV，再佳达到120kV，最佳达到140kV，例如达到160kV，例如达到180kV，例如达到200kV。
上文的实施例的一个益处在于，传感器装置、连接装置和数据收集单元有防闪电保护，且能在不被闪电冲击损坏，尤其是防绝缘击穿的情况下记录至风轮机的额外闪电冲击的数据。
根据本发明的有益的实施例，最小表面距离有效地防止表面闪络，以便在引下线和传感器装置之间的电势差达到50kV，较佳达到75kV，更佳达到100kV，再佳达到120kV，最佳达到140kV，例如达到160kV，例如达到180kV，例如达到200kV。
上文的实施例的一个益处在于，传感器装置、连接装置和数据收集单元有防闪电保护，且能在不被闪电冲击损坏，尤其是防表面闪络的情况下记录至风轮机的额外闪电冲击的数据。
根据本发明的有益的实施例，传感器装置和至少部分的连接装置和/或引下线被封闭在绝缘装置中，由此进一步地限定了引下线未被绝缘装置封闭的暴露部分和连接装置未被绝缘装置封闭的暴露部分之间的最小空气距离。
上文的实施例的一个益处在于，传感器装置、连接装置和数据收集单元有防闪电保护，且能在不被闪电冲击损坏，尤其是防空气闪络的情况下记录至风轮机的额外闪电冲击的数据。
根据本发明的有益的实施例，最小空气距离有效地防止空气闪络，以便在引下线和连接装置之间的电势差达到50kV，较佳达到75kV，更佳达到100kV，再佳达到120kV，最佳达到140kV，例如达到160kV，例如达到180kV，例如达到200kV。
上文的实施例的一个益处在于，传感器装置、连接装置和数据收集单元有防闪电保护，且能在不被闪电冲击损坏，尤其是防空气闪络的情况下记录至风轮机的额外闪电冲击的数据。
根据本发明的有益的实施例，最小表面距离是至少30cm，较佳是至少50cm，更佳是至少70cm，再佳是至少80cm，最佳是至少90cm，例如至少100cm，例如至少125cm，例如至少150cm。
根据本发明的有益的实施例，最小绝缘距离是至少5mm，较佳是至少8mm，更佳是至少10mm，再佳是至少12mm，最佳是至少14mm，例如至少16mm，例如至少18mm，例如至少20mm。
根据本发明的有益的实施例，最小空气距离是至少10cm，较佳是至少15cm，更佳是至少20cm，再佳是至少24cm，最佳是至少28cm，例如至少32cm，例如至少36cm。
根据本发明的有益的实施例，绝缘装置被维护表面支承并被固定在维护表面上，维护表面例如风轮机叶片的表面，其中最小表面距离大体上平行于维护表面。
上文的实施例的一个益处在于，可以经常减少引下线和风轮机叶片表面之间的距离。尤其是，当传感器装置包括被引下线穿过的线圈以允许在引下线上进行测量时，线圈通常需要与维护表面隔开一些距离，例如，最小绝缘距离，以建立有效的最小表面距离。然而，通过使最小表面距离和维护表面保持大致平行，可以使引下线相对靠近维护表面，例如，在对应两倍或三倍最小绝缘距离的距离内。通过缩短引下线和叶片表面之间的距离，可以实现更坚固和更长使用时间的稳定设置。由于弄弯引下线会导致引下线上形成易受伤害的点，因此使引下线与内侧叶片表面邻接或至少很靠近内侧叶片表面就会实现很大的益处，由此，最小化引下线的弯曲量。
在某些例示实施例中，维护表面可以是风轮机叶片的内侧或外侧表面，较佳是靠近叶片根部。然后，在可替换示例实施例中，维护表面可以是风轮机毂的外侧表面，或风轮机的另一内侧或外侧表面。
在多个例示实施例中，大体上平行应理解成自平行偏离不超过25°，例如自平行偏离不超过20°，例如自平行偏离不超过20°，例如自平行偏离不超过15°，例如自平行偏离不超过10°，例如自平行偏离不超过5°。
根据本发明的有益的实施例，连接装置封闭在绝缘装置中的部分和维护表面(MS)之间的距离在5mm到20cm之间，较佳是5mm到15cm之间，更佳是5mm到10cm之间，最佳是5mm到5cm之间。
上文的实施例的益处在于，可以实现使传感器装置和绝缘装置的所有部分保持相对靠近维护表面。因此，可以增加闪电测量系统的使用寿命，例如，因维修人员损坏传感器装置和/或绝缘装置的风险变小。
根据本发明的有益的实施例，闪电测量系统包括大体上由绝缘装置形成的安装装置。
上文的实施例的一个益处在于，可以使引下线保持相对靠近维护表面。这会，依次地，限制机械压力，及由此增加引下线的机械耐久性。由于安装装置由绝缘装置、连接装置和/或引下线组成，其组成中无论哪个都至少部分被盖绝缘装置封闭，所以可以保存地相对靠近维护表面。同样地，由于绝缘装置封闭了传感器装置，也可以实现把传感器装置定位在离维护表面非常近的范围内。取决于实施例，由于传感器装置会必须以与引下线一定程度相关地方式被定位，且比较经常的是靠近引下线，例如，封闭引下线，因此传感器装置未靠近维护表面定位的装置经常会导致引下线必须同样地自维护表面移除，至少在传感器装置的位置处，会再次导致引下线大体上不垂直，至少在一些实施例中，这会是相当大的缺陷。当最小表面距离大体上平行于维护表面，例如，风轮机叶片的表面时，尤其能宣称出上文的实施例和益处。
也就是说，绝缘装置不仅能促进一边是引下线另一方面是传感器装置或连接装置之间的绝缘，还能促进用于安装的安装装置和将绝缘装置固定至维护表面。最后，绝缘装置促进对传感器装置的保护和对连接装置的部分有防外界冲击保护，外界冲击例如操作中的风轮机的振动，及例如维修人员施以的冲击震动，例如维修人员步行或在绝缘装置上或靠近绝缘装置移动。
根据本发明的实施例，闪电测量系统包括至少部分由绝缘装置形成的安装装置。
根据本发明的有益的实施例，绝缘装置由绝缘材料形成，绝缘材料选自以下：热固聚合物、热塑聚合物、合成材料或上述材料的任何组合。
根据可替换实施例，绝缘装置包括其他绝缘材料或化合物。这些其他的绝缘材料包括陶器材料、瓷料、玻璃、塑料、聚合塑料、橡胶或其组合。在一些实施例中，其益处在于不同的绝缘材料组合形成复合材料；然而，在另一些实施例中，绝缘装置可以由若干绝缘部分形成，绝缘部分由不同的绝缘材料形成。在例示的实施例中，绝缘装置可以，例如，包括若干由玻璃或瓷料形成、由塑料或橡胶材料连接起来的绝缘圆盘。
根据本发明的有益的实施例，绝缘装置由绝缘材料制成，绝缘材料的电阻率至少是109Ω·m，例如至少1010Ω·m，例如至少1011Ω·m，例如至少1012Ω·m，例如至少1013Ω·m。
上文的实施例的一个益处在于，绝缘材料具有相对高的电阻率，通常亦展现出相对高的击穿电场强度，因此对绝缘击穿和/或表面闪络有相对较高的抗性。
根据本发明的有益的实施例，绝缘装置由绝缘材料制成，绝缘材料展现出至少5kV/mm的绝缘击穿电场强度，较佳是至少8kV/mm，更佳是至少10kV/mm，最佳是至少15kV/mm或至少20kV/mm。
使用具有相对高的绝缘击穿电场强度的绝缘材料的一个益处在于，可以使最小绝缘距离保持得较短，即，必须使用的材料可以更少。
在某些例示的实施例中，绝缘击穿电场强度甚至可以是至少30kV/mm，至少35kV/mm，或至少40kV/mm。然而，在某些其他可替换实施例中，会用到具有相对低(怀疑原文遗漏)绝缘击穿电场强度，例如2kV/mm的材料。
根据本发明的有益的实施例，绝缘装置由绝缘材料制成，绝缘装置能有效防止电压达到至少100V/mm，较佳是至少125V/mm，更佳是至少150V/mm，最佳是至少175V/mm或至少200V/mm的表面闪络。
使用其过程需要相对高的电场强度以激起表面闪络的绝缘材料的一个益处在于，可以使最小绝缘距离保持得较短，即，必须使用的材料可以更少。
根据本发明的实施例，绝缘装置由绝缘材料制成，绝缘材料具有相对高的机械强度。
根据本发明的有益的实施例，绝缘装置适应于抵抗振动，振动的振动频率范围至少是100-400Hz，较佳是10-500Hz，更佳是5-800Hz，且振动的最大加速度达到至少4g，较佳是至少6g，更佳是至少7g。
根据一些实施例，其益处在于，使用的绝缘装置适应于抵抗的振动的振动频率比上文实施例中的更低，例如低至1Hz、5Hz或者甚至0.25Hz。
根据本发明的有益的实施例，连接装置包括另一连接装置绝缘体，例如内侧的连接装置绝缘体。
根据本发明的实施例，应当将内侧的连接装置绝缘装置较佳地理解成，定位在绝缘装置下方的绝缘体。
根据本发明的有益的实施例，另一连接装置绝缘体大体上自传感器装置伸展至数据收集单元。
根据本发明的实施例，大体上自传感器装置伸展至数据收集单元的另一绝缘体会覆盖传感器装置和数据收集单元之间至少90％的距离，例如至少95％。
根据本发明的有益的实施例，绝缘装置和另一连接装置绝缘体由不同的绝缘材料制成。
根据本发明的有益的实施例，传感器装置，例如罗氏线圈，包括另一传感器绝缘体，例如内侧的传感器绝缘体。
根据本发明的有益的实施例，绝缘装置和另一传感器绝缘体由不同的绝缘材料制成。
根据本发明的实施例，引下线包括另一绝缘体。
根据本发明的有益的实施例，闪电测量系统适应于测量的频率波段是从100mHz至5MHz，较佳是从10mHz至8MHz，最佳是从1mHz至10MHz。
上文的实施例的一个益处在于，闪电测量系统适应于在其不受闪络和/或绝缘击穿危害的情况下，相对高精度地测量和解决引下线中的闪电电流的变化。
根据本发明的有益的实施例，引下线通过传感器装置固定至维护表面，例如，风轮机叶片的内侧表面。
根据本发明的有益的实施例，该固定在风轮机操作时是有效的。
应当理解的是，例如，正在操作的风轮机中的振动是相当厉害的，及一些系统只能在受控的实验室状况下被测试时能运作。然而，通过绝缘装置，传感器装置就能保持稳定。
根据本发明的有益的实施例，引下线固定至维护表面，例如风轮机叶片的内侧表面，沿着引下线沿的沿维护表面的长度的至少50％，较佳是至少60％，更佳是至少70％，再佳是至少80％，最佳是至少90％。
上文的实施例的一个益处在于，即使在传感器装置的位置处，引下线仍能保持固定至维护表面。由于，传感器装置，尤其是罗氏线圈，通常需要被封闭或者包围引下线，其绝缘装置也必然地有此需要，所以引下线在传感器装置所处的位置处必须从维护表面移除。这样非固定的引下线或引下线的部分会是重大缺陷，例如，因很强的电动力及由此产生的在操作中的风轮机的严苛环境中的有限的耐久性。因此，引下线通常会沿尽可能长的距离保持固定至维护表面。然而，当在传感器装置的位置处松开引下线时，引下线的局部会相对脆弱。但是通过传感器装置、及引下线被封闭在其中的绝缘装置固定引下线，就能取得有益的实施例。
根据本发明的有益的实施例，绝缘装置相对引下线限定和固定传感器装置的位置。
上文的实施例的一个益处在于，可以通过传感器装置对引下线中的闪电电流进行更高准度和精度地测量。通常能，传感器装置相对引下线位置的变化会引起测量的变化，导致精度降低。同样地，如果引下线不在其相对传感器装置的被期望的位置，就会不准。因此，通过相对传感器装置限定及固定引下线的位置，可以取得更高的准度和精度。当传感器装置包括罗氏线圈时，上文的实施例尤其具有益处。即使不论引下线和罗氏线圈的相对位置，许多罗氏线圈能相对精确和准确，相对位置的变化仍会引起高达1％或2％的执行测量偏差。
根据本发明的有益的实施例，引下线相对传感器装置的位置被固定的精度至少是20mm，例如至少10mm，例如至少5mm，例如至少2mm。
也就是说，根据上文的实施例，引下线相对传感器装置的位置变化不超过20mm，例如不超过10mm，例如不超过5mm，例如不超过2mm。然而，在一些实施例中，引下线的位置可以被固定成变化不超过1mm，或者甚至0.1mm，例如，通过将引下线粘至绝缘装置，或通过将引下线铸入绝缘装置。
根据本发明的有益的实施例，引下线相对传感器装置的位置在风轮机操作过程中被固定。
上文的实施例的一个益处在于，引下线相对传感器装置的固定是稳定的，且能抵抗操作中的风轮机的严苛环境，例如，振动等。
根据本发明的有益的实施例，传感器装置适应于基于引下线中的电参数，例如电流变化，来生成电信号。
这样生成的电信号可以例如与电参数，例如，引下线中的电流的变化，成比例，或至少是作为电参数的单调递增函数。因此，通过得知传感器装置对不同引下线电流或电流变化的响应，可以建立真实的电流或电流变化。上文的实施例的一个实例是使用例如罗氏线圈的传感器，传感器基于电磁场的变化生成为电压的电信号，电磁场依次地基于引下线中的电参数，就是引下线中的电流。在其他的实例中，电信号可以，例如是电流，及引下线中的电参数可以是，例如引下线中的电流。
根据本发明的有益的实施例，传感器装置包括线圈，线圈适应于基于电信号，例如引下线中的电流变化，而生成电信号。
根据本发明的有益的实施例，线圈是罗氏线圈。
上文的实施例的益处在于，因其大体上是由空气和/或电介质材料组成的芯，罗氏线圈相对准确，并具有相对高的带宽。然而，即使罗氏线圈不需要与引下线进行物理接触，引下线和罗氏线圈之间的闪络和/或绝缘击穿仍旧会发生。然而，通过根据本发明的绝缘装置，罗氏线圈，及电连接至其的零件，例如数据收集单元，会受到防引下线中闪电的保护。
根据本发明的有益的实施例，罗氏线圈包括：
多个线圈绕组，及
在线圈绕组内的回返环路。
根据本发明的有益的实施例，罗氏线圈具有远离回返环路的芯，大体上不含可磁化材料。
根据例示的实施例，罗氏线圈的芯是空气芯，电介质芯包括一种或更多电介质材料或其组合。
根据本发明的有益的实施例，罗氏线圈包括：
绕组部分，及
回返环路，
绕组部分包括多个依次电连的绕组，例如，形成圆形或半圆形，
回返环路被连接至绕组部分的一端并朝向绕组部分的基本上所有绕组内的绕组部分的相对端回返。
根据例示的实施例，绕组部分是圆或半圆环状且具有圆形绕组物。然而，在可替换实施例中，绕组形成的绕组部分可以是矩形或非圆形，尽管罗氏线圈的总体形状是圆形或半圆形，但环可以有圆形或矩形横截面。在另外其他的可替换例示实施例中，罗氏线圈的总体形状可以偏离圆形，成为例如矩形或其他形状。然后，根据较佳实施例，罗氏线圈的总体形状是环形，即，圆形或半圆形，尽管个别的绕组可以是，例如，圆形或矩形。
根据本发明的有益的实施例，线圈，较佳是罗氏线圈，包围绕引下线的角形空间的至少50％，例如至少60％，例如至少70％，例如至少80％，例如至少90％，例如至少95％，例如至少98％。
根据本发明的有益的实施例，线圈，较佳是罗氏线圈，包围绕引下线的角形空间的至少99％，例如至少99.5％，例如至少99.8％，例如至少99.9％，例如100％。
上文的实施例的一个益处在于，对引下线中的闪电电流参数的测量准确度已经增加，尤其是在高频率的情况下。
根据本发明的有益的实施例，数据收集单元被封闭在环氧模塑料(EMC)封装中。
上文的实施例的一个益处在于，数据收集单元在EMC封装外侧防电磁环境保护得较好。然而，需要理解的很重要的一点是，即使构建得较好的EMC封装不需要向数据收集单元提供足够的防闪电环境保护，也就是说，没有保护闪电测量系统不受闪电电流关联出来的电压受害的闪电测量系统甚至预期的存活时间不超过第一个闪电冲击。
根据本发明的有益的实施例，数据收集单元包括：
测量和采样单元，用于采样对应于引下线中的电参数例如电流变化的值，
模数转换器，
处理单元，及
存储单元。
相关于上文的实施例的一个问题在于，数据收集单元的组件经常会较为易碎，尤其是面对未预期到的放电时。因此，使用这些易碎电子组件来测量闪电电流关联出来的固有问题在于，本质上通常是无法预料的以及涉及极端电压和电流。然而，如本发明之前的实施例所列出的，这个问题可以如权利要求中所述的得到解决。在一些实施例中，数据收集单元还可以包括整合来自传感器装置的电信号的整合期。这样的整合期可以被安装或被整合在测量和采样单元中。
在不同的例示的实施例中，数据收集单元可以包括其他组件，例如外部的通讯装置，例如，光学和/或电以太网交互界面或USB(通用串行总线)交互界面。在不同的例示的实施例中，数据收集单元可以包括其他组件，例如光学触发输出，或定位单元，例如GPS(环球定位系统)、GLONASS(全球卫星导航系统)，或其他定位单元。而且，存储单元可以是机上存储，例如临时的超高速缓存或缓冲存储或长期存储，例如记忆卡或等同物。最后，数据收集单元可以包括更多的存储单元，例如一个或多个上文的例示的存储单元。
根据本发明的有益的实施例，引下线一端电连接至地面，相对端例如经由闪电接受器电连接至风轮机的风轮机叶片，较佳是风轮机叶片的外侧表面，较佳是靠近风轮机叶片尖端的外侧表面。
通常，风轮机会包括三片叶片，每片叶片都具有引下线，引下线通常会被连接至叶片表面的部分，较佳是靠近风轮机叶片的尖端，通常是经由闪电接受器。因此，要预期的是，如果风轮机上闪电会冲击，冲击的会是引下线所连接至的叶片的表面部分。因此，由于引下线提供自叶片尖端至地面的电连接，风轮机大体上会不受到闪电冲击的影响。然而，因闪电冲击不可预料和极端的本质，风轮机通常不会完全不受闪电冲击的伤害，且会需要维修，例如，在被一个或多个闪电冲击进行的一定量的伤害后，对闪电接受器或叶片尖端的更换。为了提供对风轮机的监视以及预估不同组件剩下的已经被预估的使用寿命，或在需要维护前，通常会很有益的是，测量和指出闪电排放冲击风轮机的特征，通常是通过叶片。
根据本发明的有益的实施例，风轮机包括至少两片叶片，闪电测量系统包括至少两个传感器装置，每个传感器装置被连接至至少两片隔开的叶片中每片叶片中的引下线，以便能够测量两片叶片中的闪电电流。
根据本发明的有益的实施例，风轮机包括三片叶片，闪电测量系统包括三个传感器装置，每个传感器装置被连接至每片叶片中的引下线，以便能够测量三片叶片中的闪电电流。
根据本发明的有益的实施例，传感器装置被安设在风轮机叶片中。
根据例示的实施例，传感器装置被安设在风轮机叶片中的内侧表面或者被安设在风轮机叶片的内部，或者，可替换地，安设在风轮机叶片的外侧表面上。
传感器装置可以连接至风轮机叶片中的数据收集单元，或者可替换地，数据收集单元定位在他处。
根据本发明的有益的实施例，数据收集单元被安设在风轮机毂中。
根据例示的实施例，数据收集单元被连接至一个或多个传感器装置，较佳是定位在一片或多片风轮机叶片中。
根据本发明的有益的实施例，数据收集单元被安设在风轮机叶片内部。
根据本发明的有益的实施例，数据收集单元被安设在风轮机吊舱中。
根据例示的实施例，数据收集单元被安设在风轮机吊舱中，在风轮机吊舱内部，或者可替换地，在风轮机吊舱外部。
根据本发明的有益的实施例，传感器装置与引下线一并安设，通过引导引下线穿过传感器装置的通孔，或者通过切除引下线的一部分，例如，大约0.5米，并将引下线的剩余两部分安设在预设在传感器装置中的导体上。
根据本发明的有益的实施例，传感器装置封闭化电元件，化电元件组成连接引下线，连接引下线在安设在风轮机中之后，每端都被连接至两个不同的引下线，以便形成单个组合的引下线。
根据本发明的有益的实施例，闪电测量系统被安设在风轮机中。
上文的实施例的一个益处在于，风轮机的状况可以被监测，以确定何时需要维护和/或何时某些部件要被更换。
本发明第二方面涉及一种包括根据前述任一实施例的闪电测量系统的风轮机。
本发明上述方面的一个益处在于，风轮机的状况可以被监测，以判定何时需要维护和/或何时某些部件要被更换。
本发明第三方面涉及一种包括至少一台风轮机特别是离岸风轮机的风电场，该至少一台风轮机包括根据前述任一实施例的闪电测量系统。
本发明上文的方面的一个益处在于，风轮机的状况可以被监测，以判定何时需要维护和/或何时某些部件要被更换。这点对于离岸风轮机特别有益，离岸风轮机一般不像陆基风轮机那么容易到达。通常，在许多实施例中，风电场会包括多台风轮机。
根据本发明的有益的实施例，风电场包括中央数据收集系统，中央数据收集系统连接至至少一台风轮机的闪电测量系统，以便允许中央数据收集系统接收来自闪电测量系统的数据。
闪电测量系统和中央数据收集系统之间的连接和通信，在一例示的实施例中，可以被SCADA(监控和数据采集)系统或其他工业控制系统促进，及来自闪电测量系统的数据会包含在形成控制风电场的个别风轮机的基础的运算中。
本发明第四方面涉及一种将根据前述任一实施例的闪电测量系统安设在风轮机中的方法，闪电测量系统包括：
化电元件，该化电元件组成连接引下线，该连接引下线与传感器装置一并安设，
该方法包括步骤：
切断引下线以形成两根不同的引下线，每根引下线具有由切断引下线形成的切开端，
将两根不同引下线的每个切开端连接至连接引下线的相对端，以便形成单个组合的引下线。
本发明上文的方面的一个益处在于，对具有引下线的现存的风轮机进行改型会相对容易。
本发明第五方面涉及一种将根据前述任一实施例的闪电测量系统安设在风轮机中的方法，该方法包括步骤：
将传感器装置和绝缘装置安设到风轮机中，
引导引下线穿过传感器装置的通孔，及
使用连接装置将数据收集单元与传感器装置相连接。
本发明上文的方面在以下情形中尤其有益，情形是将引下线安装进风轮机之前先将闪电测量系统安装进新的风轮机。
本申请书的上下文中，术语“闪电测量系统”应被理解成一种通过使用引下线近端设置的传感器，测量来自构造，例如风轮机至地面分配的闪电电流所引起的闪电冲击的一个或多个参数的系统。
本申请书的上下文中，术语“数据收集单元”应被理解成一种适应于收集代表电信号数据的单元，电信号来自传感器装置并通过连接装置促进数据收集单元。数据收集单元通常包括，用于处理收集到的数据的处理器，用于临时和/或长期存储的一个或多个存储单元，及适应于的计算机结构以促进数据的存储和处理。而且，数据收集单元可以包括一个或多个外部通信装置，用于将数据通讯到外部接收器和/或接收来自外部发送器的要求等等。
本申请书的上下文中，术语“引下线”应被理解成一种导体，导体自风轮机上的一点，例如闪电接受器，或者建立闪电冲击点的空气终端，延伸进地面，以促进来自风轮机的良好电连接，及引导任何来自闪电冲击的闪电冲击电流进入风轮机及进入地面。通常，风轮机会有预期的闪电冲击，例如闪电接受器或空气终端，或预期闪电会发生冲击的区域。引下线之后会为闪电冲击建立自预期的冲击点至地面的电连接。在一些实施例中，引下线会由若干已连接的引下线制出，以形成单根的有效引下线或引下线系统。
本申请书的上下文中，术语“传感器装置”应被理解成，包括传感器，传感器用于测量引下线中的一个或多个电参数。在某些实施例中，传感器装置会包括线圈，例如空气芯的线圈。传感器装置可以被设置成使引下线中的电流或者引下线中的电流变化导致电信号，例如，通过线圈的手段。在一些实施例中，较佳是罗氏线圈，例如，因其较宽的频率范围，因此其既有能力测量相对高的频率，也有能力测量相对低的频率。
本申请书的上下文中，术语“连接装置”应被理解成，建立电接触的装置。连接装置一端连接至传感器装置，相对端连接至数据收集单元。由此，传感器装置被放入与数据收集单元实现电通信。通常，连接装置会包括电缆，例如，连接装置会建立的电连接是，从数据收集单元的第一连接器，穿过传感器装置，并回到数据收集单元的第二连接器，以允许数据收集单元测量电信号，如传感器装置导致的电压。
本申请书的上下文中，术语“绝缘装置”应被理解成，封闭传感器装置及至少部分连接装置和/或引下线的装置。绝缘装置由绝缘材料制成，在一些实施例中是单个零件，例如单个铸造件或模制件。在一些其他的实施例中，绝缘装置会包括不同的材料。绝缘装置也可以包括合成材料。较佳地，绝缘装置大体上由一种或多种绝缘材料组成。
本申请书的上下文中，术语“最小绝缘距离”应被理解成，在绝缘装置的绝缘材料内或在绝缘装置的绝缘材料厚度上沿自引下线至传感器装置或连接装置的路径的距离，路径选出的是穿过绝缘材料具有最短距离的路径。
本申请书的上下文中，术语“最小表面距离”应被理解成，绝缘装置的表面距离，例如，在绝缘装置和空气之间的，沿自引下线暴露部分至连接装置暴露部分的路径，路径选出的是沿绝缘装置表面具有最短表面距离的路径。
本申请书的上下文中，术语“最小空气距离”应被理解成，穿过空气沿自引下线的暴露部分至连接装置的暴露部分的路径的距离，路径选出的是穿过空气具有最短距离的路径。
本申请书的上下文中，术语“连接装置的暴露部分”应被理解成，连接装置未被封闭在连接装置(怀疑原文有误)内的部分。通常，事实上，连接装置，例如电缆，会包括一些种类的外侧电缆绝缘。然而，相对在闪电冲击暴露过程中存在在引下线内的电压，这样的电缆绝缘，至少在实用用途方面，可以忽略。因此，当建立最小绝缘角力，尤其是最小表面距离时，电缆绝缘，如果有的话，也可以忽略。
本申请书的上下文中，术语“引下线的暴露部分”应被理解成，引下线未被封闭在绝缘装置内的部分。
本申请书的上下文中，术语“绝缘击穿”应被理解成，引下线和传感器装置之间的电势差超过势垒电压或绝缘装置的击穿电压时，发生的电击穿或电介质击穿。结果是，穿过绝缘装置的放电，这会损坏绝缘装置，传感器装置，连接装置和数据收集单元。
本申请书的上下文中，术语“表面闪络”应被理解成，沿缩短两电势差的表面完全放电。经常性地，这会沿空气绝缘体表面，但是可以沿绝缘体—绝缘体交互界面，或沿绝缘体和另外材料之间交互界面，或另外的交互界面。
本申请书的上下文中，术语“空气闪络”应被理解成，穿过缩短两电势差的空气完全放电。
本申请书的上下文中，术语“闪络”指的是表面闪络和空气闪络的集合术语。
本申请书的上下文中，术语“罗氏线圈”应被理解成，具有多个绕组的线圈，多个绕组连接在一起并形成适应于包围至少部分，但较佳是全部引下线的圆形、半圆形、环状，或另外的形状。
本申请书的上下文中，术语“最小绝缘击穿电压”应被理解成，在引下线和传感器装置或连接装置的封闭部分之间造成绝缘击穿所需的最小电势差。因此，当绝缘装置具有某最小绝缘击穿电压时，能有效地在电压达到此电压值时防止绝缘击穿。
本申请书的上下文中，术语“最小闪络电压”应被理解成，在引下线和连接装置之间造成闪络，即，空气闪络或表面闪络所需的最小电势差。分开的最小空气闪络和最小表面闪络可以分别为空气闪络和表面闪络限定。最小闪络电压是最小空气闪络电压和最小表面闪络的最低点。
本申请书的上下文中，术语“最小失败电压”应被理解成，最小表面闪络电压、最小空气闪络电压、绝缘击穿电压及任何用于沿表面、穿过表面、及穿过绝缘装置路径组合的闪络和/或绝缘击穿所需的电压的最低点。也就是说，当绝缘装置适应于建立给定的最小失败电压时，绝缘装置会防止一方面的引下线和另一方面的传感器装置或连接装置之间的电压的闪络、绝缘击穿和其任何组合。总的来说，相关电压、传感器装置和连接装置之间的电势差最常见的是被忽略。
本申请书的上下文中，术语“闪电电流参数”应被理解成，表示或指出闪电电流特征的参数。尽管不限于此，这些闪电电流参数的实例会包括用作闪电冲击的最大电流上升时间，即，最大单位时间内电流的变化，或连续地，用于闪电冲击的最大电流时用以建立最大值的电流上升时间，用于闪电冲击的最大电流，用于闪电冲击的特有能量，用于闪电冲击的总放电等等。在一些实施例中，引下线中的电流或电流的变化被连续测量，以捕捉到闪电冲击中一些或整体的波形。之后，参数从波形中被推导出。
本申请书的上下文中，术语“另一绝缘体”应被理解成，不同的另一绝缘体，例如从传感器装置、连接装置、引下线或其任何组合所关联出来的。在某些情况下，另一绝缘体会独立于该闪电测量系统，切在任何情况下，另一绝缘体都与该绝缘装置分离。
附图说明
以下将参照附图对本发明进行说明，其中：
图1A绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图1B绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图2A绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图2B绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图2C绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图3A绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图3B绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图4A绘示了闪电测量系统LMS，
图4B绘示了闪电测量系统LMS，
图4C绘示了闪电测量系统LMS，
图5A绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图5B绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图6A绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图6B绘示了闪电测量系统LMS的一部分，
图7绘示了闪电测量系统LMS，
图8绘示了闪电测量系统LMS的示意性概观，及
图9绘示了闪电测量系统LMS。
具体实施方式
参见图1，根据本发明的实施例绘示了闪电测量系统LMS的一部分。闪电测量系统LMS包括数据收集单元DCU(未示出)、传感器装置SEA、绝缘装置INS和连接装置CA。连接装置CA通常是电缆，将传感器装置SEA(可以是例如线圈、诸如罗氏线圈COI)连接至数据收集单元DCU，以建立电连接。传感器装置SEA被设置成允许测量风轮机引下线DC的电参数。如所示，这会通过引导引下线穿过罗氏线圈COI来实现。而且，如所见，传感器装置SEA和连接装置CA的一部分被封闭在绝缘装置INS中，绝缘装置INS包括绝缘材料。绝缘装置INS由此防止闪络，例如表面闪络，亦防止绝缘击穿，即，闪电电流穿过绝缘材料自身通过电介质击穿释放。这会通过自引下线DC暴露的部分至连接装置CA暴露的部分建立最小表面距离MSD实现。当然，可以定义将引下线DC的暴露部分与连接装置CA的暴露部分连接的许多路径，然而，最小表面距离MSD是具有最短长度的表面路径的长度，并因此是最暴露于表面闪络下的。类似地，绝缘装置INS限定了最小绝缘距离MID，这是具有穿过绝缘材料最短距离的路径的长度。而且，具有穿过空气最短距离的最小空气距离MAD(未示出)可以限定成自引下线DC的暴露部分至连接装置CA的暴露部分。如图1中所见，绝缘装置INS包括安装装置MOA，有助于连接至维护表面MS，维护表面通常会是风轮机叶片WTB的内侧表面。
现在参见图2A到2C，绘示了本发明的三个不同实施例。首先，图2A绘示的闪电测量系统LMS的部分类似于图1中所示出的。绝缘装置INS形成安装装置MOA,安装装置MOA用于将绝缘装置INS安装至维护表面MS。
图2B示出的闪电测量系统LMS的一部分，其中，闪电测量系统LMS包括安装装置MOA，安装装置MOA与绝缘装置INS隔开，并大体上与维护表面MS相互垂直，而不是如图2A中的相互平行。然而，两者都建立了最小绝缘距离MID和最小表面距离MSD，并且数据收集单元DCU由此与引下线DC有效绝缘。同样地，图2A和图2B中还可以观察到，通过建立大体上平行于维护表面MS的最小表面距离MSD，可以使引下线DC保持与维护表面MS隔开相对短的距离。由此，正常情况下保持笔直并与维护表面MS(例如，风轮机叶片WTB的内表面)接触的引下线DC会保持相对靠近笔直的配置。同样地，可以看到，即使通过建立相对长的最小表面距离MSD，绝缘装置INS上离开维护表面MS最远的点相较于最小表面距离MSD仍然相对靠近此维护表面MS。
而且，图2C绘示的是根据本发明的又一实施例的闪电测量系统LMS的一部分。在此实施例中，最小表面距离MSD的部分通过多个绝缘圆盘DSC建立，由此相较于直接的笔直距离大幅增加最小表面距离MSD。然而，在此实施例中，最小表面距离MSD建立的方向大体上与维护表面MS相互垂直，如竖直MSD虚线所表明的。如实线MSD所表示的，实际的最小表面距离MSD因绝缘圆盘DSC而实质上比MSD虚线长，仅表示出最小表面距离MSD的端点，即，实线MSD以直线表示出沿绝缘圆盘DSC的表面弯曲的真实的最小表面距离MSD。闪电测量系统LMS还包括安装装置MOA，安装装置MOA与绝缘装置INS隔开，用于将该绝缘装置INS安装至该维护表面MS。
要强调的是，图2A到2C表明的最小表面距离MSD严格意义上是不正确的，因为图2A到2C中的每幅图中的引下线DC的暴露部分和连接装置CA的暴露部分之间的最短路径包括不平行于维护表面MS的组件。然而，如图2A到2B中所绘示的，最小表面距离MSD大体上平行于维护表面MS，而图2C中绘示的最小表面距离MSD大体上垂直于维护表面MS。
图3A和图3B绘示的是根据本发明另一实施例的闪电测量系统LSM的部分。图3A示出的是侧视图，图3B示出的是与图3A同样部分的局部横截面侧视图。如图3A和3B中所示，闪电测量系统LMS包括传感器装置SEA，绝缘装置INS，及连接装置CA。传感器装置SEA一端被连接至连接装置CA。比所示出的更进一步地，闪电测量系统LMS同样也包括连接至连接装置CA相对端的数据收集单元DCU。最小绝缘距离MID(未示出)通过绝缘材料INS建立，作为最小表面距离MSD。最小表面距离MSD通过该绝缘装置INS延伸，形成多个绝缘圆盘DSC。而且，图3A和图3B的实施例绘示了一种安装闪电测试系统LMS的方法，且专门绘示了如何将引下线安装进传感器装置SEA。如所示，第一引下线DC1和第二引下线DC2都被连接至预安装在绝缘装置INS中的连接引下线CDC的相对端，由此，形成单个有效的引下线DC，自预期到的会成为闪电冲击的冲击点至地面建立电连接。
现在参见图4A到图4C，绘示了根据本发明的三个不同实施例的闪电测量系统LMS。在图4A到图4C中的每个闪电测量系统LMS都包括数据收集单元DCU，传感器装置SEA，绝缘装置INS，和连接装置CA。绝缘装置INS封闭传感器装置SEA，以建立最小绝缘距离MID。图4A到图4C的另一个共同点在于，传感器装置SEA被安装用于在引下线DC上测量。
如图4A所绘示的，绝缘装置INS封闭连接装置CA的部分以建立最小表面距离MSD。在图4B中，绝缘装置INS封闭引下线DC的部分以建立最小表面距离MSD。最后，在图4C中，绝缘装置INS既封闭了引下线DC的部分又封闭了连接装置CA的部分，以建立最小表面距离MSD。当然，应该与图4A到图4C的实施例联系起来的是，数据收集单元DCU的位置距离传感器装置SEA更远，及图4A到图4C仅绘示出了示意图。在图4A到图4C中，绘示出了最小表面距离MSD和最小空气距离MAD的示例。在图4A中，所见到的是，最小空气距离MAD与最小表面距离MSD重合，即，空气中最短的距离与该连接装置CA和该引下线DC之间的最短表面距离一样。图4B中类似地，最小空气距离MAD与最小表面距离MSD重合。然而，在图4C中，所见到的是，最下空气距离MAD追随的是与最小表面距离MSD不同的路径，及最小空气距离MAD比最小表面距离MSD短。虽然图4A到图4C中仅绘示了一个最小表面距离MSD和一个最小空气距离MAD，在连接装置CA的暴露部分和引下线DC的暴露部分之间的多于一条的实际路径会给出同样的最小表面距离MSD和一个最小空气距离MAD。
现在参见图5A和图5B，绘示了根据本发明两个不同实施例的闪电测量系统LMS的部分。图5A绘示了类似于图4A中闪电测量系统的部分的实施例。比图4A所示出的更进一步地，图5A示出的绝缘装置INS形成安装装置MOA的安装表面的部分。由此，如图5A中所见，可以使引下线DC保持与维护表面MS，例如风轮机叶片WTB的内侧表面，相对靠近，维护表面MS上固定有绝缘装置INS。而且，转至图5B，绘示了类似于图4B中闪电测量系统的部分的实施例。比图4B所示出的更进一步地，图5B示出的绝缘装置INS形成安装装置MOA的安装表面的部分。也可以对类似于图4C中的闪电系统的实施例作出同样的说明。而且，图5A和图5B的实施例露出了引下线DC，例如连接引下线CDC，的部分。此连接引下线CDC在一实施例中可以被预固定在绝缘装置INS中，及之后可以被与引下线DC一同被安装在风轮机WT中。引下线DC可以在传感器装置SEA的安装处被切开，及通过切割所暴露的末端会被固定至连接引下线CDC对应的末端。此实施例对于改型闪电测量系统LMS特别有益。然而，在另一实施例中，绝缘装置INS会包括用于引导引下线DC穿过的贯通孔，以便允许该传感器装置SEA在该引下线DC上测量。而且，图5A和图5B都绘示了会产生最小表面距离MSD的三维路径，最小表面距离MSD大体上平行于维护表面MS(未示出)。
现在参见图6A，绘示了根据本发明的实施例的闪电测量系统的部分。示出了闪电测量系统LMS已安装在风轮机WT中。示出传感器装置SEA设置在风轮机叶片WTB中。这点较佳的是，通过将绝缘装置INS固定至风轮机叶片WTB的内侧表面实现。连接装置CA可以将封装在绝缘装置INS中的传感器装置SEA，与数据收集单元DCU连接，以便收集引下线DC中的关于闪电电流参数的数据。在图6B中，同样的闪电测量系统的部分以侧视图形式示出了穿过绝缘装置INS的引下线DC，允许传感器装置SEA在引下线DC上进行测量。由于图6A的绝缘装置INS具有最小表面距离MSD，该最小表面距离MSD大体上平行于安装表面，即，风轮机叶片WTB的内侧表面，将传感器装置SEA定位在离安装表面MS相对靠近的距离，引下线DC同样地也可以保持与安装表面MS相对靠近，这会产生极大的益处，例如，关于引下线的耐久性及由此关于使用寿命。
图7绘示了根据本发明的实施例的闪电测量系统。示出了闪电测量系统LMS已安设在风轮机WT中，部分在风轮机毂WTH中，部分在风轮机叶片WTB中。数据收集单元DCU被定位在风轮机毂WTH中，而传感器装置SEA被定位在风轮机叶片WTB的根部中。
现在参见图8，框图绘示了安装在风轮机WT中的根据本发明实施例的闪电测量系统LMS。闪电测量系统LMS包括数据收集单元DCU和第一、第二和第三传感器装置SEA1、SEA2、SEA3。每个传感器装置SEA1、SEA2、SEA3都通过连接装置CA1、CA2、CA3连接至数据收集单元DCU。每个传感器装置SEA1、SEA2、SEA3都被设置成对风轮机WT隔开的叶片的引下线DC进行测量。闪电测量系统LMS还可选地包括外部通信装置EXC，外部通信装置EXC用于将数据(例如原始数据、经分析的数据、或者建立在经分析的数据基础上的参数)通讯至外部接收器(例如SCADA监视系统或类似的)。而且，数据收集单元DCU通常也会包括一个或更多电源，例如24V直流外部电源、230V交流外部电源或其他可用的电压。
现在参见图9，绘示了根据本发明的实施例的闪电测量系统LMS。闪电测量系统LMS包括数据收集单元DCU、传感器装置SEA、将数据收集单元DCU与传感器装置SEA电连接的连接装置CA。根据本实施例的传感器装置SEA由罗氏线圈制成。罗氏线圈包括多个线圈绕组COW，多个线圈绕组COW一起组成封闭引下线DC的环形螺旋线。如所见，闪电测量系统LMS还包括绝缘装置INS，但仅示出了一部分以用作例示的用途。如所见，传感器装置SEA还包括与绝缘装置INS分离的另一绝缘体FIN，另一绝缘体FIN。类似地，连接装置CA包括另一绝缘体FIN。这些另一绝缘体FIN在建立绝缘装置INS时通常会被忽略，引下线DC的暴露部分或连接装置CA是这些未被绝缘装置INS覆盖的部分，而无关于任何另一绝缘体FIN。
附图标记
CA.连接装置
CAi.第i个连接装置
CDC.连接引下线
COI.线圈
COW.线圈绕组
DC.引下线
DCi.第i根引下线
DCU.数据收集单元
DSC.绝缘圆盘
EXC.外部通信装置
FIN.另一绝缘体
INS.绝缘装置
LMS.闪电测量系统
MAD.最小空气距离
MID.最小绝缘距离
MOA.安装装置
MSD.最小表面距离
RET.回返环路
SEA.传感器装置
SEAi.第i个传感器装置
WTB.风轮机叶片
WTH.风轮机毂

Claims (55)

1.一种用于测量风轮机引下线(DC)中闪电电流参数的闪电测量系统(LMS)，所述闪电测量系统(LMS)包括：
被设置成对所述引下线(DC)进行测量的传感器装置(SEA)，
数据收集单元(DCU)，
连接装置(CA)，所述连接装置(CA)将所述传感器装置(SEA)与所述数据收集单元(DCU)电连接，及
绝缘装置(INS)，
其中，所述传感器装置(SEA)和至少部分的所述连接装置(CA)和/或所述引下线(DC)被封闭在所述绝缘装置(INS)中，从而限定：
在所述传感器装置(SEA)和所述引下线(DC)之间的最小绝缘距离(MID)，及
在所述引下线(DC)未被所述绝缘装置(INS)封闭而暴露出来的部分和所述连接装置(CA)未被绝缘装置(INS)封闭而暴露出来的部分之间的最小表面距离(MSD)，
为此，所述绝缘装置(INS)有效防止所述引下线(DC)和所述传感器装置(SEA)之间的绝缘击穿，并有效防止所述引下线(DC)暴露的部分和所述连接装置(CA)暴露的部分之间的表面闪络；
其中所述绝缘装置(INS)被设置以实现以下公式给出的条件：
其中，Dmat,i代表穿过所述绝缘装置(INS)的第i个距离元素，Dsur,j代表在表面上的第j个距离元素，
其中Emat代表引起绝缘击穿所需的电场，Esur代表引起表面闪络所需的电场，且其中，Ceff是50kV。
2.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)有效防止所述引下线(DC)和所述传感器装置(SEA)之间的绝缘击穿，并有效防止所述引下线(DC)暴露的部分和所述连接装置(CA)暴露的部分之间的表面闪络，以使电势差达到最小绝缘击穿电压和/或最小表面闪络电压，所述最小绝缘击穿电压和/或所述最小表面闪络电压是50kV。
3.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)被设置以实现以下公式给出的条件：
其中，Dmat,i代表穿过所述绝缘装置(INS)的第i个距离元素，Dsur,j代表在表面上的第j个距离元素，Dair,k代表穿过空气第k个距离元素，其中Emat代表引起绝缘击穿所需的电场，Esur代表引起表面闪络所需的电场，Eair代表引起空气闪络所需的电场，且其中，Ceff是50kV。
4.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述最小绝缘距离(MID)有效地防止绝缘击穿，以便在所述引下线(DC)和所述传感器装置(SEA)之间的电势差达到50kV。
5.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述最小表面距离(MSD)有效地防止表面闪络，以便在所述引下线(DC)和所述传感器装置(SEA)之间的电势差达到50kV。
6.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述传感器装置(SEA)和至少部分的所述连接装置(CA)和/或所述引下线(DC)被封闭在所述绝缘装置(INS)中，由此进一步地限定了所述引下线(DC)未被所述绝缘装置(INS)封闭的暴露部分和所述连接装置(CA)未被所述绝缘装置(INS)封闭的暴露部分之间的最小空气距离(MAD)。
7.根据权利要求6所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述最小空气距离(MAD)有效地防止空气闪络，以便在所述引下线(DC)和所述连接装置(CA)之间的电势差达到50kV。
8.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述最小表面距离(MSD)是至少30cm。
9.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述最小绝缘距离(MID)是至少5mm。
10.根据权利要求6所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述最小空气距离(MAD)是至少10cm。
11.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)被维护表面(MS)支承并被固定在所述维护表面(MS)上，其中所述最小表面距离(MSD)大体上平行于所述维护表面(MS)。
12.根据权利要求11所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述连接装置(CA)封闭在所述绝缘装置(INS)中的部分和所述维护表面(MS)之间的距离在5mm到20cm之间。
13.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述闪电测量系统(LMS)包括大体上由所述绝缘装置(INS)形成的安装装置(MOA)。
14.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)由绝缘材料形成，所述绝缘材料选自以下：热固聚合物，热塑聚合物，合成材料，或热固聚合物、热塑聚合物和合成材料的任何组合。
15.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)由绝缘材料制成，所述绝缘材料的电阻率至少是109Ω·m。
16.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)由绝缘材料制成，所述绝缘材料展现出至少5kV/mm的绝缘击穿电场强度。
17.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)由绝缘材料制成，所述绝缘装置(INS)能有效防止电压达到200V/mm的表面闪络。
18.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)适应于抵抗振动，振动的振动频率范围是5-800Hz，且振动的最大加速度达到至少4g。
19.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述连接装置(CA)包括另一连接装置绝缘体(FIN)。
20.根据权利要求19所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述另一连接装置绝缘体(FIN)大体上自所述传感器装置(SEA)伸展至所述数据收集单元(DCU)。
21.根据权利要求19所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)和所述另一连接装置绝缘体(FIN)由不同的绝缘材料制成。
22.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述传感器装置(SEA)包括另一传感器绝缘体(FIN)。
23.根据权利要求22所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)和所述另一传感器绝缘体(FIN)由不同的绝缘材料制成。
24.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述闪电测量系统(LMS)适应于测量的频率波段是从100mHz至5MHz。
25.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述引下线(DC)通过所述传感器装置(SEA)固定至维护表面(MS)。
26.根据权利要求25所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述固定在所述风轮机操作时是有效的。
27.根据权利要求25或26所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述引下线(DC)沿着所述引下线(DC)的沿所述维护表面(MS)的长度的大部分固定至所述维护表面(MS)。
28.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述绝缘装置(INS)相对所述引下线(DC)限定和固定所述传感器装置(SEA)的位置。
29.根据权利要求28所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述引下线(DC)相对所述传感器装置(SEA)的位置被固定的精度至少是20mm。
30.根据权利要求28或29所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述引下线(DC)相对所述传感器装置(SEA)的位置在所述风轮机操作过程中被固定。
31.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述传感器装置(SEA)适应于基于引下线(DC)中的电参数来生成电信号。
32.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述传感器装置(SEA)包括线圈(COI)，所述线圈(COI)适应于基于引下线(DC)中的电参数来生成电信号。
33.根据权利要求32所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述线圈(COI)是罗氏线圈(COI)。
34.根据权利要求33所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述罗氏线圈(COI)包括：
多个线圈绕组(COW)，及
在所述线圈绕组(COW)内的回返环路(RET)。
35.根据权利要求34所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述罗氏线圈(COI)具有远离所述回返环路(RET)的芯，所述芯大体上不含可磁化材料。
36.根据权利要求33至35中任一权利要求所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述罗氏线圈(COI)包括：
绕组部分，及
回返环路(RET)，
所述绕组部分(WIP)包括多个依次电连的绕组(COW)，所述回返环路(RET)在所述绕组部分的基本上所有绕组(COW)内被连接至所述绕组部分的一端并朝向所述绕组部分的相对端回返。
37.根据权利要求32所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述线圈(COI)包围绕所述引下线(DC)的角形空间的至少50％。
38.根据权利要求32所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述线圈(COI)包围绕所述引下线(DC)的角形空间的至少99％。
39.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述数据收集单元(DCU)被封闭在环氧模塑料(EMC)封装中。
40.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述数据收集单元(DCU)包括：
测量和采样单元，用于采样对应于引下线(DC)中的电参数的值，
模数转换器，
处理单元，及
存储单元。
41.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述引下线(DC)一端电连接至地面，相对端电连接至风轮机的风轮机叶片(WTB)。
42.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述风轮机包括至少两片叶片，所述闪电测量系统(LMS)包括至少两个传感器装置(SEA)，每个传感器装置(SEA)被连接至至少两片隔开的叶片(WTB)中每片叶片中的引下线(DC)，以便能够测量所述两片叶片(WTB)中的闪电电流。
43.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述风轮机包括至少三片叶片(WTB)，所述闪电测量系统(LMS)包括三个传感器装置(SEA)，每个传感器装置(SEA)被连接至每片叶片(WTB)中的引下线(DC)，以便能够测量所述三片叶片(WTB)中的闪电电流。
44.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述传感器装置(SEA)被安设在风轮机叶片(WTB)中。
45.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述数据收集单元(DCU)被安设在风轮机毂(WTH)中。
46.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述数据收集单元(DCU)被安设在风轮机叶片(WTB)内部。
47.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述数据收集单元(DCU)被安装在风轮机吊舱中。
48.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述传感器装置(SEA)与所述引下线(DC)一并安设，通过引导所述引下线(DC)穿过所述传感器装置的通孔，或者通过切除引下线(DC)的一部分，并将引下线(DC)的剩余两部分安设在预设在所述传感器装置(SEA)中的导体上。
49.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述传感器装置(SEA)封闭化电元件，所述化电元件组成连接引下线(CDC)，所述连接引下线(CDC)在安设在风轮机中之后，每端都被连接至两个不同的引下线(DC1、DC2)，以便形成单个组合的引下线(DC)。
50.根据权利要求1所述的闪电测量系统(LMS)，其中所述闪电测量系统(LMS)被安设在风轮机中。
51.一种包括根据前述权利要求1-50中任一项所述的闪电测量系统(LMS)的风轮机。
52.一种包括至少一台风轮机的风电场，所述至少一台风轮机包括根据前述权利要求1-50中任一项所述的闪电测量系统(LMS)。
53.根据权利要求52所述的风电场，其中所述风电场包括中央数据收集系统，所述中央数据收集系统连接至所述至少一台风轮机的闪电测量系统(LMS)，以便允许所述中央数据收集系统接收来自所述闪电测量系统(LMS)的数据。
54.一种将根据前述权利要求1至50中任一权利要求所述的闪电测量系统(LMS)安设在风轮机中的方法，所述闪电测量系统(LMS)包括：
化电元件，所述化电元件组成连接引下线(CDC)，所述连接引下线(CDC)与所述传感器装置(SEA)一并安设，
所述方法包括步骤：
切断所述引下线(DC)以形成两根不同的引下线(DC1、DC2)，每根引下线(DC)具有由切断所述引下线(DC)形成的切开端，
将所述两根不同引下线(DC1、DC2)的每个所述切开端连接至所述连接引下线(CDC)的相对端，以便形成单个组合的引下线(DC)。
55.一种将根据前述权利要求1至50中任一权利要求所述的闪电测量系统(LMS)安设在风轮机中的方法，所述方法包括步骤：
将所述传感器装置(SEA)和所述绝缘装置(INS)安设到所述风轮机中，
引导所述引下线(DC)穿过所述传感器装置(SEA)的通孔，及
使用所述连接装置(CA)将所述数据收集单元(DCU)与所述传感器装置(SEA)相连接。
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