CN113958467B - 一种风电机组叶片的防雷接闪组合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电机组叶片的防雷接闪组合装置，属于风电机组雷电防护领域。该装置包括金属叶尖、金属条、引下线和N个导电分流条。引下线设置在叶片腔体之中，一端与金属叶尖根部固接；金属条沿着叶片轴向方向对称设置于叶片的外表面上，一端与金属叶尖固接；所述N个导电分流条以等间距h铺设在叶片的外表面上，一端与所述金属条固接，另一端向叶片的尾缘方向延伸。本发明通过金属叶尖和叶片表面的接闪和引流装置，可对内部引下线表面电场形成有效屏蔽，从而抑制引下线表面放电发生，限制叶片内部放电区域，增加叶片表面引流能力，有效提升防雷装置的接闪效能和和雷电流导流能力，从而降低叶片遭受雷击损伤概率。

Description

一种风电机组叶片的防雷接闪组合装置

技术领域

本发明涉及一种风电机组雷电防护系统，特别涉及一种风机叶片防雷接闪组合装置。

背景技术

风力发电机叶片的雷击防护问题一直是风电系统安全运行关注的焦点。风电场的雷击损伤统计数据显示，风力发电机叶片是最容易遭受雷击损害的部件。随着风电场规模和风电机组单机容量的增大，风机塔筒的高度、叶片的长度也相应地增长，叶片接闪系统的雷击防护失效问题愈加严重，现有大容量风机叶片雷击损伤概率较高。目前，风电机组叶片雷电防护措施普遍采用叶片表面接闪器与内部接地引下线组合形成的接闪系统。其中，叶片表面接闪器为雷击接闪提供附着点，雷电流通过与接闪器相连的内部引下线传导至大地，实现对叶片本体的保护。

对于大型风机叶片，通过增加接闪器数量的方式，可在一定程度上增加接闪装置雷击接闪的成功率，但其防护范围仍有限，防护效果欠佳。仅依靠接闪器难以对形成叶片雷击形成有效的防护，叶片防雷系统明显存在接闪失效问题。风电场现场运行数据、风机叶片雷击实验及理论研究数据均表明，风机叶片雷击损点集中于距离叶尖10％或12％范围以内。该范围的叶片是雷电防护的关键部位。现有技术中，通过叶尖外部加装金属帽等外敷金属的结构提升叶尖区域的防护效果，但存在外敷金属与叶片壳体牢固程度不够、导电效果不佳、安装维护困难等技术问题。即使在接闪器处增设导电分流条使叶片壳体的雷击电弧通过导电分流条疏导至接闪器，避免叶片雷击电弧烧蚀损伤，但不能提高接闪系统的雷击接闪性能。雷电环境下，叶片内部的引下线表面或者叶片表面产生放电，使得雷击点未成功击中在接闪器上，而是击中在叶片壳体上，造成叶片壳体材料的击穿损伤。另外，由于引下线表面的放电会沿叶片内部表面产生沿面放电，其沿面放电路径对叶片壳体最终雷击损伤位置产生影响，造成防雷系统的防护失效。现有的风机叶片防雷系统的改进和设计，未考虑由于防雷装置结构失效而造成的叶片雷击损伤问题，未综合风机叶片整体结构以及防雷装置整体性能进行充分探究。提升和改善现有叶片防雷装置的雷电防护效果是本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种风电机组叶片防雷接闪组合装置，目的在于，解决现有技术中由于风机叶片防雷系统结构失效造成的接闪失效的问题，提高风机叶片防雷装置的接闪效能和和雷电流导流能力。

本发明的目的是这样实现的，本发明提供一种风电机组叶片的防雷接闪组合装置，包括金属叶尖、金属条、引下线和N个导电分流条：

所述金属叶尖设置于叶片的顶部，其中，金属叶尖的头部外露于叶片，金属叶尖的根部嵌入叶片的腔体之中；

所述引下线设置在叶片的腔体之中，一端与金属叶尖的根部固接，另一端沿着叶片的长度方向向远离金属叶尖的一侧延伸；

所述金属条为两根，将叶片的迎风面记为A面、背风面记为B面，其中一根金属条沿叶片的长度方向设置在A面上、另一根金属条沿叶片的长度方向设置在B面上，且两根金属条与引下线同处在叶片的沿长度方向的同一截面上；两根金属条的一端均与金属叶尖固接，另一端沿着叶片的长度方向向远离金属叶尖的一侧延伸；

所述N个导电分流条分为2组，其中一组以等间距h铺设在A面上，另一组以等间距h铺设在B面上，N个导电分流条的一端均与所述金属条固接，另一端指向叶片的尾缘方向，且指向尾缘方向一端的端部与叶片尾缘边缘处的直线距离为3cm-8cm。

优选地，所述叶片的腔体内至少包括两块腹板，所述引下线紧贴于靠近尾缘一侧的腹板的表面。

优选地，设叶片的长度为H1、金属条长度为H2，0.10H1≤H2≤0.12H1， h＝0.5m-2m。

优选地，所述金属条的宽度大于引下线的直径。

优选地，所述金属条、所述金属叶尖、所述叶片为一体成型。

优选地，所述金属叶尖、金属条的材料相同，为铜或不锈钢或铝中的一种。

优选地，所述导电分流条采用粘接的方式固定于所述叶片表面。

与现有技术相比，本发明的有益结果在于，

1、本发明提供的一种风电机组叶片的防雷接闪组合装置，通过全金属叶尖与叶片两表面的金属条构成的一体化防雷件结构，可对内部引下线形成电场屏蔽，避免引下线表面放电带来的风电机组叶片击穿现象，进而有效降低风电机组叶片遭受雷击的风险。

2、本发明通过将内部引下线设置于靠近尾缘的叶片腹板处，由内部引下线表面起始的放电路径受到腹板的阻挡，限制其放电区域，可避免叶片主梁区域遭受雷击损伤。

3、本发明通过靠近尾缘设置导电分流条，增加叶片表面引流能力，避免叶片雷击电弧烧蚀和击穿损伤，进一步保护风电机组叶片上容易击穿的区域。

4、本发明中金属叶尖、金属条与叶片壳体采用一体成型，形成整体结构件，不影响风机叶片的完整性和气动性能，避免运行过程中由外敷导体粘接不牢带来的安全问题和损失。另外安全性能高，安装使用方便。

5、本发明中导电分流条采用粘接的方式固定于所述叶片表面，相较于传统的螺钉等安装方法，操作简便，节省安装时间，便于后期维护和更换。

附图说明

图1为本发明实施例中风电机组叶片及防雷接闪组合装置的示意图。

图2为图1的正视图。

图3为图2沿截面I的截面图。

图4为本实施例中金属叶尖和引下线连接示意图。

图5为本实施例中导电分流条结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种风电机组叶片防雷接闪组合装置，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

图1为本发明实施例中风电机组叶片及防雷接闪组合装置的示意图，图2 为图1的正视图，图3为图2沿截面I的截面图，图4为本实施例中金属叶尖和引下线连接示意图。

本发明实施例中的一种风电机组叶片的防雷接闪组合装置，包括金属叶尖 1、金属条2、引下线3和N个导电分流条4。

所述金属叶尖1设置于叶片6的顶部，其中，金属叶尖的头部11外露于叶片6，金属叶尖的根部12嵌入叶片6的腔体之中。

所述引下线3设置在叶片6的腔体之中，一端与金属叶尖1的根部12固接，另一端沿着叶片6的长度方向向远离金属叶尖1的一侧延伸。在本实施例中，金属叶尖1的根部12开设了安装孔，引下线3预埋在该安装孔中，用以将雷电流导流至大地。

所述金属条2为两根，将叶片6的迎风面记为A面、背风面记为B面，其中一根金属条2沿叶片6的长度方向设置在A面上、另一根金属条2沿叶片6 的长度方向设置在B面上，且两根金属条2与引下线3同处在叶片6的沿长度方向的同一截面上；两根金属条2的一端均与金属叶尖1固接，另一端沿着叶片6的长度方向向远离金属叶尖1的一侧延伸。

所述N个导电分流条4分为2组，其中一组以等间距h铺设在A面上，另一组以等间距h铺设在B面上，N个导电分流条4的一端均与所述金属条2固接，另一端指向叶片6的尾缘方向，且指向尾缘方向一端的端部与叶片6尾缘边缘处的直线距离为3cm-8cm。

根据实际运行数据统计，由于叶片雷击损伤点大都靠近叶片尾缘部位，尤其需要对尾缘进行重点防护，实现防护效果最优化。本实施例中，导电分流条4 设置于叶片6的外表面靠近尾缘部位，其他部位无需再增设导电分流条。导电分流条4一端与金属条2相连接，朝向尾缘布置，另一端距离尾缘边缘3cm-8cm。当雷电流袭击叶片6时，将叶片6壳体的雷击电弧疏导至金属条2，提高易发生击穿的尾缘区域雷电流引流能力。在本实施例中，选择5cm，即导电分流条4指向尾缘一端的顶部与叶片6尾缘边缘处的直线距离为5cm。

在本实施例中，所述叶片6的腔体内至少包括两块腹板5，所述引下线3紧贴于靠近尾缘一侧的腹板5的表面。在具体制造中，引下线3可预装浇注于靠近尾缘一侧的腹板5的表面上，避免运行中由于叶片旋转带来的震动。

在本实施例中，所述金属条2、所述金属叶尖1与所述叶片6为一体成型。

具体施工中，金属叶尖1和金属条2，在叶片壳体浇注成型前预埋于叶片壳体中，金属条2与叶片6的壳体一体成型，确保预埋位置处无缺陷和凸起，以保证叶片外形整体性和叶片旋转时的气动性能。

在本实施例中，所述金属叶尖1、金属条2的材料相同，为铜或不锈钢或铝中的一种。具体的，根据IEC61400标准采用铝质、铜质材料或不锈钢质地材料。

在本实施例中，设叶片6的长度为H1、金属条2长度为H2，0.10H1≤H2≤ 0.12H1。风电场叶片雷击损伤点的统计数据表明风机叶片雷击损点集中于距离叶尖10％或12％范围以内，所以进行了该设置，具体的，本实施例的制造中， H2＝0.1H1。

在本实施例中，所述金属条2的宽度大于引下线3的直径。为使金属条2 对引下线3达到有效电场屏蔽，金属条2设置于引下线3正上方，紧贴引下线腹板5的正上方，此时金属条2与引下线3垂直距离最短，且金属条2的宽度须覆盖住内部引下线3。

在本实施例中，所述的导电分流条等间距h铺设叶片6的外表面， h＝0.5m-2m，具体的，本实施例中，h＝1m。

图5为本实施例中导电分流条4的结构示意图。由图5可见，本实施例中，导电分流条4从上表面至下表面依次为金属片8、粘接剂9、绝缘基带7、粘接层10。金属片8形状可为菱形、圆形或其他形状，相邻金属片间隔为L， L＝0.1mm-5mm，具体的，本实施例的制造中，L＝1mm。金属片8通过粘接剂9粘在绝缘基带7上，相邻金属片间隙填充胶粘剂，保证金属片8可靠粘接于绝缘基带7上，防止金属片8边缘粘接不牢固造成脱落。导电分流条4整体厚度不超过1mm。

在本实施例中，所述导电分流条4通过粘接层10粘接安装于叶片6的外表面，保证与叶片6外表面贴合并粘接牢固。采用粘接方式安装，相较于传统的螺钉等安装方法，操作简便，节省安装时间，便于后期维护和更换。

Claims (3)

1.一种风电机组叶片的防雷接闪组合装置，其特征在于，包括金属叶尖(1)、金属条(2)、引下线(3)和N个导电分流条(4)：

所述金属叶尖(1)设置于叶片(6)的顶部，其中，金属叶尖(1)的头部(11)外露于叶片(6)，金属叶尖的根部(12)嵌入叶片(6)的腔体之中；

所述引下线(3)设置在叶片(6)的腔体之中，一端与金属叶尖(1)的根部(12)固接，另一端沿着叶片(6)的长度方向向远离金属叶尖(1)的一侧延伸；

所述金属条(2)为两根，将叶片(6)的迎风面记为A面、背风面记为B面，其中一根金属条(2)沿叶片(6)的长度方向设置在A面上、另一根金属条(2)沿叶片(6)的长度方向设置在B面上，且两根金属条(2)与引下线(3)同处在叶片(6)的沿长度方向的同一截面上；两根金属条(2)的一端均与金属叶尖(1)固接，另一端沿着叶片(6)的长度方向向远离金属叶尖(1)的一侧延伸；

所述N个导电分流条(4)分为2组，其中一组以等间距h铺设在A面上，另一组以等间距h铺设在B面上，h＝0.5m-2m，N个导电分流条(4)的一端均与所述金属条(2)固接，另一端指向叶片(6)的尾缘方向，且指向尾缘方向一端的端部与叶片(6)尾缘边缘处的直线距离为3cm-8cm；

所述叶片(6)的腔体内至少包括两块腹板(5)，所述引下线(3)紧贴于靠近尾缘一侧的腹板(5)的表面；

设叶片(6)的长度为H1、金属条(2)长度为H2，0.10H1≤H2≤0.12H1；

所述金属条(2)的宽度大于引下线(3)的直径；

所述金属条(2)、所述金属叶尖(1)与所述叶片(6)为一体成型。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片防雷接闪组合装置，其特征在于，所述金属叶尖(1)、金属条(2)的材料相同，为铜或不锈钢或铝中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种风电机组叶片防雷接闪组合装置，其特征在于，所述导电分流条(4)采用粘接的方式固定于所述叶片(6)表面。

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