CN106762470A - 一种风力发电机驱雷防护装置 - Google Patents
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Abstract
一种风力发电机驱雷防护装置，包括安装在风力发电机叶片端部的驱雷金属片，叶片内远离驱雷金属片的一端安装有与驱雷金属片相连的等离子发生器，等离子发生器通过设在叶片内的接地线经塔架内部与地面连接。通过在叶片端部设计驱雷金属片和无源等离子发生器，实现无源主动拒雷；通过设计金属外罩、绝缘子、电极，实现在雷云电场在作用下，高压电离空气产生等离子体，与云电荷相反的离子经驱雷金属片传至外界消除云电荷，从而在不受接地电阻影响下，起到实现无源拒雷的目的。
Description
技术领域：
本发明涉及防雷技术领域，具体涉及一种风力发电机驱雷防护装置。
背景技术：
风能是可再生洁净能源，利用风力发电是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的电力资源。随着风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多风能，风机的高度随着轮毂高度和叶轮直径增高不断升高，雷击的风险不断增加，雷击已成为自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的自然灾害。发生雷击时，闪电电流通过所有风力发电机组件传导至地面，由于风力发电机位于疾风区，通常选址在丘陵或山脊上，其高度远高于周围的地形地物，再加上风力发电机安装地点土壤电阻率通常较高，对雷电流的传导性能相对较差，特别容易受到直击雷、侧击雷和感应雷的袭击。
现代风力发电机的防雷通常不同于普通建筑物的防雷，它需要重点解决叶片和轮毂、齿轮箱、轴承、传动装置、发电机、电气部分、控制系统等雷电防护问题。风机遭雷击的部件的维修费用(包括人工费、部件费和吊装费等)很高，其中叶片损坏的维修费用最昂贵。风力发电机遭雷击损坏后，由于故障损害的分析和后续的维修，加上订货期和运输期，会造成一段时间的停工期。由这个停工期不仅使发电量损失，而且减少了风场所有者经济上的收入。据国外的统计，雷击故障比平均其它故障造成的停机影响都大。雷害是威胁风力发电机组安全生产和风场效益的严峻问题。风力发电是新兴的行业，至今从防雷研究成果看，风力发电机组的外部直击雷保护，重点是放在改进叶片的防雷系统上；
风机的一般外部雷击路线是：雷击(叶片上)接闪器→(叶片内腔)导引线→叶片根部→机舱主机架→专设(塔架)引下线→接地网引入大地。但是，从丹麦和德国统计受雷击损坏部位中，雷电直击的叶片损坏占15％～20％，而80％以上是与引下线相连的其他设备，受雷电引入大地过程中产生过电压而损坏。
中国的风力发电机组已在高海拔地区占有很大比例，高海拔地区雷电从强度和频度上都有所加剧，对风机防雷系统接闪效率提出了更高的要求。且目前风电整机出质保的比例不断增加，机组、叶片因雷损失的比例也不断扩大。2014年有200余只叶片损坏，其中因雷损失比例高达80％。造成目前叶片因雷损失比例增高的主要原因是叶片防雷设计基本没有进行雷击设计验证、叶片防雷系统有效接闪率低、接闪器设计冗余不足导致的。
发明内容：
本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种风力发电机驱雷防护装置，它具有无源拒雷、不受接地电阻影响及拒雷可靠稳定等优点，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种风力发电机驱雷防护装置，包括安装在风力发电机叶片端部的驱雷金属片，叶片内远离驱雷金属片的一端安装有与驱雷金属片相连的等离子发生器，等离子发生器通过设在叶片内的接地线经塔架内部与地面连接。
所述等离子发生器为无源等离子发生器，包括与叶片内壁固连的金属外罩，金属外罩通过导线与驱雷金属片连接，金属外罩开口端内壁安装有绝缘子，绝缘子下方设有电极，电极与金属外罩内壁之间间隔设置，电极通过设在叶片内的接地线经塔架内部与大地连接。
所述金属外罩为铝金属外罩，所述电极为铝电极。
所述接地线一端与电极连接，另一端与设在地表下面的电流收集装置连接。
所述驱雷金属片端部通过螺栓与叶片端部对接相连。
所述驱雷金属片端部通过螺栓与叶片端部插接相连。
所述驱雷金属片外壁端部设置为锯齿形。
所述驱雷金属片外壁端部设有多针阵列电离单元。
所述接地线上连接有计数器。
本发明采用上述方案，针对现有风机发电机防雷设备在实际使用时存在的技术问题，设计了一种风力发电机驱雷防护装置，通过在叶片端部设计驱雷金属片和无源等离子发生器，实现无源主动拒雷；通过设计金属外罩、绝缘子、电极，实现在雷云电场在作用下，高压电离空气产生等离子体，与云电荷相反的离子经驱雷金属片传至外界消除云电荷，从而在不受接地电阻影响下，起到实现无源拒雷的目的。
附图说明：
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明驱雷金属片对接安装结构示意图；
图3是本发明驱雷金属片插接安装结构示意图；
图4是本发明等离子发生器结构示意图；
图5是图1中的A部放大图；
图6是本发明对接多针阵列放电单元驱雷金属片结构示意图；
图7是本发明插接多针阵列放电单元驱雷金属片结构示意图；
图8是本发明对接锯齿形驱雷金属片结构示意图；
图9是本发明插接锯齿形驱雷金属片结构示意图；
其中，1、叶片，2、驱雷金属片，3、等离子发生器，301、金属外罩，302、绝缘子，303、电极，4、塔架，5、接地线，6、电流收集装置，7、计数器，8、螺栓，9、多针阵列放电单元。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
如图1-9所示，一种风力发电机驱雷防护装置，包括安装在风力发电机叶片1端部的驱雷金属片2，叶片1内远离驱雷金属片2的一端安装有与驱雷金属片2相连的等离子发生器3，等离子发生器3通过设在叶片1内的接地线5经塔架4内部与地面连接，通过在叶片1端部设计驱雷金属片2和等离子发生器3，实现无源主动拒雷。
等离子发生器3为无源等离子发生器，包括与叶片1内壁固连的金属外罩301，金属外罩301通过导线与驱雷金属片2连接，金属外罩301开口端内壁安装有绝缘子302，绝缘子302下方设有电极303，电极303与金属外罩301内壁之间间隔设置，电极303通过设在叶片1内的接地线5经塔架4内部与大地连接，通过设计金属外罩301、绝缘子302、电极303，实现在雷云电场在作用下，高压电离空气产生等离子体，与云电荷相反的离子经驱雷金属片2传至外界消除云电荷，从而实现在不受接地电阻影响下，起到无源拒雷的目的。
金属外罩301为铝金属外罩，电极303为铝电极。
接地线5一端与电极303连接，另一端与设在地表下面的电流收集装置6连接。
驱雷金属片2端部通过螺栓8与叶片1端部对接相连。
驱雷金属片2端部通过螺栓8与叶片1端部插接相连。
驱雷金属片2外壁端部设置为锯齿形。
驱雷金属片2外壁端部设有多针阵列电离单元9，增大接触范围，拒雷效果更佳。
接地线5上连接有计数器7，统计防雷次数，供人们观察。
本发明的工作过程：
当风力发电机上端有雷云时，雷云电荷通常为负电荷，雷云中的负电荷不断聚集，在雷云电场的作用下，大地上聚集大量的正电荷，正电荷经接地线5聚集到电极303上，根据库伦定律，异性电荷相吸，雷云中的负电荷呈漏斗状不断的向下聚集，并聚集到驱雷金属片2上，驱雷金属片2上的负电荷经导线聚集到等离子发生器3的金属外罩301上，金属外罩301上聚集的大量负电荷和电极303上聚集的大量正电荷产生电压差，随着正负电荷的不断聚集，电压差不断增大，当电压差增大到一定数值时，就会击穿金属外罩301与电极303之间的空气，从而电离产生高密度的等离子体，正离子向空气中释放，漂浮到雷云中与雷云中的负电荷中和，削弱雷云，负电荷经接地线5流入电流收集装置6中，从而实现在雷云电场的作用，达到无源拒雷的目的，有效保护发电风机。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
Claims (9)
1.一种风力发电机驱雷防护装置，其特征在于：包括安装在风力发电机叶片端部的驱雷金属片，叶片内远离驱雷金属片的一端安装有与驱雷金属片相连的等离子发生器，等离子发生器通过设在叶片内的接地线经塔架内部与地面连接。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电机驱雷防护装置，其特征在于：所述等离子发生器为无源等离子发生器，包括与叶片内壁固连的金属外罩，金属外罩通过导线与驱雷金属片连接，金属外罩开口端内壁安装有绝缘子，绝缘子下方设有电极，电极与金属外罩内壁之间间隔设置，电极通过设在叶片内的接地线经塔架内部与大地连接。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电机驱雷防护装置，其特征在于：所述金属外罩为铝金属外罩，所述电极为铝电极。
4.根据权利要求1所述的一种风力发电机驱雷防护装置，其特征在于：所述接地线一端与电极连接，另一端与设在地表下面的电流收集装置连接。
5.根据权利要求1所述的一种风力发电机驱雷防护装置，其特征在于：所述驱雷金属片端部通过螺栓与叶片端部对接相连。
6.根据权利要求1所述的一种风力发电机驱雷防护装置，其特征在于：所述驱雷金属片端部通过螺栓与叶片端部插接相连。
7.根据权利要求1所述的一种风力发电机驱雷防护装置，其特征在于：所述驱雷金属片外壁端部设置为锯齿形。
8.根据权利要求1所述的一种风力发电机驱雷防护装置，其特征在于：所述驱雷金属片外壁端部设有多针阵列电离单元。
9.根据权利要求1所述的一种风力发电机驱雷防护装置，其特征在于：所述接地线上连接有计数器。
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