CN204458201U - 一种风力发电机组叶片状态监测装置 - Google Patents

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丁小川
王志
孔德同
付立
雷阳
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Abstract

本实用新型涉及一种风力发电机组叶片状态监测装置。目前常用的雷电监测产品难以对叶片起到准确和有效的检测作用。本实用新型包括塔架、机舱、轮毂和数个叶片，其特点是：还包括数量和叶片相同的雷击闪络电流传感器，用于接收雷击闪络电流传感器发出的无线信号的数据采集设备，网络交换机，以及状态监测中心服务器；每个叶片上均安装一个雷击闪络电流传感器，数据采集设备安装在塔架上，网络交换机和数据采集设备连接；雷击闪络电流传感器包括电流互感器CT模块、无线通信模块、电池和外壳体，电流互感器CT模块和无线通信模块均和电池连接，电流互感器CT模块和无线通信模块连接。本实用新型能够准确、有效和实时检测叶片状态。

Description

一种风力发电机组叶片状态监测装置
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电机组叶片状态监测装置，主要用于针对雷击影响的叶片状态的在线监测，属于风力发电技术领域。
背景技术
风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程总投资的60%以上，若其遭受雷击（特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击），除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。丹麦LM公司资料介绍：1994年，雷击损坏超过6%，修理费用估计至少1500万克朗(当年丹麦装机540MW，平均2.8万克朗/MW) 。按LM公司估计，世界每年有1%～2%的转轮叶片受到雷电袭击。叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖是容易被修补的，但少数情况则要更换整个叶片。
风力发电机在正常发电运行期间，如遭受雷击带来的不仅仅是设备的损坏，还会造成大量的停工时间。国际标准IEC TR61400-24中的统计表明，由于雷击造成的风力发电机停工时间（这个停工时间主要是由电气系统的检修期、配件的定购期和运输期等造成的），是风力发电机各种故障中停工期最长的故障。
表1是与其它故障相比较所造成的电力的损失和停机时间。统计显示：雷击故障在风力发电机的总故障数量中，虽然发生次数较少，但造成的停机时间确比其他故障造成的停机时间总和还要多。
表1  与其它故障相比较所造成的停机时间和电量损失
故障 雷击事件数量 机组平均停机时间(h) 平均电量损失(kw/h)
所有故障 10192 91 2249
雷击故障 461 110 3200
与平均故障的差异率 —— +20.8% +42.3%
依据国际电工委员会IEC标准、法国NFC标准、德国VDE标准和中国GB标准与部委颁发的防雷设计规范的要求，根据风力发电机系统自身的特点，对风力发电机外部和内部电气设备都必须有完整完善之防护措施，才能保证该系统能正常运作。这包括电源供电系统、不间断供电系统，网络通讯设备等装置应有防护装置保护。
虽然风电机组已经安装有防雷设计，但雷击对叶片的损坏是不可避免的。雷击对叶片的典型损坏有如下3种情况。
1、叶片表面符合材料开裂和灰化，以及雷击点的金属部件烧毁或熔化。
2、雷电在叶片内部形成电弧，造成电气损坏。
3、雷电流传到复合材料层之间时，因为层间有潮气，内部电弧加热潮气引起压力冲击使叶片爆裂或使叶片表面沿着前后缘和叶片承载梁处撕裂损坏。有时，压力波会通过轮毂从受雷击的叶片传到其它的叶片上而引起损坏。
尽管防雷厂家已经开发出来雷电监测产品，但是目前常用的雷电监测产品的结构设计不够合理，布局不够科学，使用不便，难以对叶片起到准确和有效的检测作用，且需要通过事后取出雷电监测装置中的数据存储卡来读取数值，无法实现叶片实时的在线状态监测。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，布局科学，使用方便，能够准确、有效和实时检测叶片状态的风力发电机组叶片状态监测装置。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该风力发电机组叶片状态监测装置包括塔架、机舱、轮毂和数个叶片，数个叶片安装在轮毂上，所述轮毂连接在机舱上，该机舱安装在塔架上，其结构特点在于：还包括数量和叶片相同的雷击闪络电流传感器，用于接收雷击闪络电流传感器发出的无线信号的数据采集设备，网络交换机，以及状态监测中心服务器；每个叶片上均安装一个雷击闪络电流传感器，所述数据采集设备安装在塔架上，所述网络交换机和数据采集设备连接，所述状态监测中心服务器和网络交换机连接；所述雷击闪络电流传感器包括电流互感器CT模块、无线通信模块、电池和外壳体，所述电流互感器CT模块、无线通信模块和电池均安装在外壳体内，所述电流互感器CT模块和无线通信模块均和电池连接，所述电流互感器CT模块和无线通信模块连接。
作为优选，本实用新型所述叶片的数量为三个。
作为优选，本实用新型所述雷击闪络电流传感器到轮毂的距离大于雷击闪络电流传感器到叶片叶尖的距离。
作为优选，本实用新型：所述无线通信模块为超低功耗无线通信模块结构。
作为优选，本实用新型数个雷击闪络电流传感器到轮毂的距离相等。
作为优选，本实用新型数个叶片均匀的安装在轮毂上。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：布局科学，使用方便，能够准确、有效和实时检测叶片状态。雷击闪络电流传感器的结构简单，设计合理，安装位置科学，能够准确、有效的检测叶片状态，电流互感器CT模块与无线通信模块连接，感应到雷击电流时电流互感器CT模块输出信号至无线通信模块并发出监测信号，电池与无线通信模块供电连接。雷击闪络电流传感器舍去雷击显示器的作动器，将感应装置输出的信号传递给机舱的数据采集设备，再由数据采集设备把采集到的模拟信号量转换成数字信号量，并传递至状态监测中心服务器上，得到遭受雷击的叶片遭受雷击的次数、强度及风机编号，以方便运行检修人员的后续工作，而且雷击闪络电流传感器可重复使用。
本实用新型中的雷击闪络电流传感器的无线传输技术可以采用基于IEEE802.15.4的ZigBee协议，与其它无线通信技术如WI-FI、红外、蓝牙等相比，具有低功耗、低成本、低复杂度等特点，非常符合所需功耗低、对数据传输的要求不高的风电机组叶片监测领域。本实用新型采用了基于无线传输的雷击闪络电流传感器，减少了对滑环（轮毂柜和机舱柜之间的供电及通讯采用滑环的连接方式）资源的占用，提高了抗干扰性，避免了更换和增加滑环通道带来的麻烦；实现了叶片遭雷电的远程在线监测，减少了工作人员实地监测产生的巨大成本及劳动量，降低了维护成本，减少了工作人员工作中的危险性；同时，实现风电场所有风电机组叶片受雷击的数据积累，能为后续的雷击事故判定或机组防雷技改优化提供数据支撑。
附图说明
图1是本实用新型实施例中风力发电机组叶片状态监测装置的结构示意图。
图2是本实用新型实施例中雷击闪络电流传感器的结构示意图。
图3是本实用新型实施例中信号传输的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图3，本实施例中的风力发电机组叶片状态监测装置包括塔架1、机舱2、轮毂3、数个叶片4、数量和叶片4相同的雷击闪络电流传感器5、用于接收雷击闪络电流传感器5发出的无线信号的数据采集设备6、网络交换机7和状态监测中心服务器8。
本实施例中的轮毂3连接在机舱2上，该机舱2安装在塔架1上。每个叶片4上均安装一个雷击闪络电流传感器5，一个雷击闪络电流传感器5和一个叶片4对应，数据采集设备6安装在塔架1上，网络交换机7和数据采集设备6连接，状态监测中心服务器8和网络交换机7连接。数据采集设备6和雷击闪络电流传感器5无线连接，数据采集设备6能够接收雷击闪络电流传感器5发出的无线信号，无线传输技术对本领域技术人员而言是很容易实现的。
本实施例中的雷击闪络电流传感器5包括电流互感器CT模块51、无线通信模块52、电池53和外壳体54，电流互感器CT模块51、无线通信模块52和电池53均安装在外壳体54内，电流互感器CT模块51和无线通信模块52均和电池53连接，电流互感器CT模块51和无线通信模块52连接。
通常情况下，本实用新型中的叶片4的数量为三个；安装在该叶片4上的雷击闪络电流传感器5到轮毂3的距离，大于雷击闪络电流传感器5到该叶片4的叶尖的距离；无线通信模块52可以为超低功耗无线通信模块结构；数个雷击闪络电流传感器5到轮毂3的距离相等；数个叶片4均匀的安装在轮毂3上。
无线通信模块52可以采用基于IEEE802.15.4的ZigBee协议，功耗极低，可长时间放置在叶片上无需频繁更换电源。数据采集设备6可以采用ZigBee协议的无线通讯方式，将雷击闪络电流传感器5采集到的模拟信号转换为数字信号，模拟信号转换为数字信号对本领域技术人员而言是很容易实现的。数据采集设备6可以通过以太网与风电机组状态监测及故障诊断平台中心建立通讯，上传包括雷击次数、雷击强度及风机编号等信息。风电机组状态监测故障诊断平台能够实时掌握叶片遭雷击的数据，监控到雷击次数、雷击强度及遭受雷击风机的运行情况，这可为风电机组的雷击事故的有效判定提供数据支撑，并为后续风电机组的防雷设计的技改优化提供指导性建议。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种风力发电机组叶片状态监测装置，包括塔架、机舱、轮毂和数个叶片，数个叶片安装在轮毂上，所述轮毂连接在机舱上，该机舱安装在塔架上，其特征在于：还包括数量和叶片相同的雷击闪络电流传感器，用于接收雷击闪络电流传感器发出的无线信号的数据采集设备，网络交换机，以及状态监测中心服务器；每个叶片上均安装一个雷击闪络电流传感器，所述数据采集设备安装在塔架上，所述网络交换机和数据采集设备连接，所述状态监测中心服务器和网络交换机连接；所述雷击闪络电流传感器包括电流互感器CT模块、无线通信模块、电池和外壳体，所述电流互感器CT模块、无线通信模块和电池均安装在外壳体内，所述电流互感器CT模块和无线通信模块均和电池连接，所述电流互感器CT模块和无线通信模块连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组叶片状态监测装置，其特征在于：所述叶片的数量为三个。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组叶片状态监测装置，其特征在于：所述雷击闪络电流传感器到轮毂的距离大于雷击闪络电流传感器到叶片叶尖的距离。
4.根据权利要求1或2或3所述的风力发电机组叶片状态监测装置，其特征在于：所述无线通信模块为超低功耗无线通信模块结构。
5.根据权利要求1或2或3所述的风力发电机组叶片状态监测装置，其特征在于：数个雷击闪络电流传感器到轮毂的距离相等。
6.根据权利要求1或2或3所述的风力发电机组叶片状态监测装置，其特征在于：数个叶片均匀的安装在轮毂上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108979979A (zh) * 2018-08-31 2018-12-11 观为监测技术无锡股份有限公司 雷电监测装置、风电机组、风电机组监测系统及监测方法
CN113236505A (zh) * 2021-05-07 2021-08-10 北京壬工智能科技有限公司 风机雷电在线监测系统

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