CN209586594U - 风电多通道雷电监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种风电多通道雷电监测系统，包括微处理器、n个雷电流传感器和n个信号采集单元，每个雷电流传感器分别通过一个所述信号采集单元与所述微处理器连接，所述微处理器通过通信防雷单元与外部控制系统连接，其中，n≥2。本实用新型通过采用多个雷电流传感器实时采集风力发电机组的雷电流信号，可以多通道并行监测风力发电机组多个区域的雷电流相关数据，从而为风力发电机组防雷设计和防雷改造提供数据依据。

Description

风电多通道雷电监测系统

技术领域

本实用新型涉及雷电监测领域，具体涉及一种风电多通道雷电监测系统。

背景技术

风电机组都设置在风力强大的海岸、丘陵、山脊等雷电多发区的制高点，远离其它高大物体，因此很容易遭受雷击，风力发电机是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资60％以上，若其遭受雷击，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。随着现代科学技术的快速发展，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多的能量，轮毂高度和叶轮直径也随之增高，从而也增加了风力发电机组被雷击的风险，雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏，发电机绝缘击穿，控制元件烧毁等，雷电成为自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。

目前的风电场雷电监测大多为通过拍摄雷电图像判断风电机组是否遭受雷击，这样的雷电监测手段无法获得准确的雷电数据，远远不能满足需求，而由于雷电威胁着风力发电机的安全运行，因此迫切需要对风力发电机是否遭受雷击以及遭受雷击的雷电数据进行监测获取，从而为风力发电机组进行防雷设计和防雷改造提供数据依据，保证风力发电机组的安全运行。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种风电多通道雷电监测系统，通过采用多个雷电流传感器实时采集风力发电机组的雷电流信号，可以多通道并行监测风力发电机组多个区域的雷电流相关数据，从而为风力发电机组防雷设计和防雷改造提供数据依据。为解决以上问题，本方案通过以下技术手段实现：

风电多通道雷电监测系统，包括微处理器、n个雷电流传感器和n个信号采集单元，每个雷电流传感器分别通过一个所述信号采集单元与所述微处理器连接，所述微处理器通过依次连接的通信单元和通信防雷单元与外部控制系统连接，其中，n≥2。

进一步地，所述信号采集单元包括雷电信号采集模块，所述雷电信号采集模块包括依次连接的积分器、信号调理电路、滤波电路、电平抬升电路和模数转换器，所述积分器的输入端与所述雷电流传感器连接，所述模数转换器的输出端与所述微处理器连接。

进一步地，还包括n个温度传感器，所述信号采集单元包括温度信号采集模块，每个温度传感器分别通过一个所述信号采集单元中的温度信号采集模块与所述微处理器器连接。

进一步地，还包括n个SPD干接点状态采集器，所述信号采集单元包括干接点信号采集模块，每个SPD干接点状态采集器通过一个所述信号采集单元的干接点信号采集模块与所述微处理器连接。

进一步地，还包括与所述微处理器连接的电源单元，所述电源单元通过依次连接的电源滤波单元和电源防雷单元与外部交流电源连接。

进一步地，还包括与所述微处理器连接的内置电池。

进一步地，还包括与所述微处理器连接的自检单元、时钟单元和存储单元中的一种或几种。

进一步地，所述雷电流传感器为罗氏线圈传感器。

进一步地，还包括与所述微处理器连接的示波器。

进一步地，还包括与所述微处理器连接的摄像机。

本实用新型通过采用多个雷电流传感器实时采集风力发电机组的雷电流信号，可以多通道并行监测风力发电机组多个区域的雷电流相关数据，从而为风力发电机组防雷设计和防雷改造提供数据依据。

附图说明

图1为根据一示例性实施例示出的一种风电多通道雷电监测系统结构框图。

图2为根据一示例性实施例示出的一种雷电信号采集模块结构框图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，为了能够实时采集风力发电机组的雷电流数据，本实施例提供一种风电多通道雷电监测系统，包括微处理器、n个雷电流传感器和n个信号采集单元，每个雷电流传感器分别通过一个所述信号采集单元与所述微处理器连接，所述微处理器通过依次连接的通信单元和通信防雷单元与外部控制系统连接，其中，n≥2。

这里需要说明的是，为了使雷电流测量频响范围宽、雷电流峰值测量范围大，雷电流传感器可以采用罗氏线圈传感器，本实施例采用的罗氏线圈产品型号可以为ZGCR-24-1-1，在实施本实施例时，可以通过在风力发电机组的每个叶片的雷电引下线上套装一个雷电流传感器(也就是说，本实施例中的n的取值可以与风力发电机组的叶片数量相等，为了对一个叶片多点采集，n的取值也可以大于风力发电机组的叶片数量，根据实际情况调整即可)，从而可以使本实施例能够实时采集到每个叶片遭受的雷电流的波形、雷击发生时间、雷电流峰值、极性、波头时间、半峰值时间、电荷量、比能量、陡波系数等；其次，为了加强本实施例的安全性能和防雷性能，本实施例的微处理器通过依次连接的通信单元、通信防雷单元与外部控制系统连接，通信防雷单元用于通信端口的浪涌电流防护，具体地，可以采用型号为ZGXM-MZ1J-5的通信防雷单元，通信单元的通信接口可以为RS485/RS422/CAN/以太网/WIFI中的一种或几种，可以执行Profibus DP/Modbus RTU/Modbus TCP/CAN OPEN中的一种或几种通信协议，本实施例的微处理器可以为数据处理器，通过通信防雷单元与机舱或控制室内的控制系统(外部控制系统)连接，微处理器将雷电流传感器监测到的雷电流数据通过接口传输到外部控制系统，外部控制系统可以将数据传输到塔基内的控制箱，控制箱再将数据传输到监控中心，从而实现远程数据展示、管理、统计和报表。

为了更好地对雷电流传感器监测到的雷电流数据进行处理，如图2所示，本实施例中的信号采集单元可以包括雷电信号采集模块，所述雷电信号采集模块包括依次连接的积分器、信号调理电路、滤波电路、电平抬升电路和模数转换器，所述积分器的输入端与所述雷电流传感器连接，所述模数转换器的输出端所述微处理器连接。

这里需要说明的是，雷电信号采集模块中的各个功能部分的功能实现均可以采用本领域常规技术手段实现，只需要根据实际情况选择相应产品即可，具体地，积分器：由于采用罗氏线圈作为雷电流传感器或浪涌电流传感器，罗氏线圈输出的信号是对真实的雷电流信号进行了微分，因此需采用积分电路对传感器输出信号进行积分还原，得到真实的雷电流信号；信号调理电路：信号调理电路调整雷电流信号的质量，降低信号噪声，调节信号幅度以满足后续有源器件的电压输入范围；滤波电路：对输入信号进行模拟滤波，滤除干扰信号；电平抬升电路：雷电流信号有正负极性特征，由于后续电路有源器件多采用单电源供电方式，因此需对输入信号进行电平抬升处理，将输入信号变换成正电压范围；模数转换器：模数转换器(即A/D转换器)将处理后的雷电流信号(模拟信号)转换为数字信号，用于后续微处理器处理。

作为优选，本实施例还包括n个温度传感器，所述信号采集单元包括温度信号采集模块，每个温度传感器分别通过一个所述信号采集单元中的温度信号采集模块与所述微处理器器连接。温度信号采集模块主要用于调理温度信号，并转化为数字信号输出给后级电路，采用本领域常规技术手段即可。具体地，本实施例的温度传感器用于采集环境温度信号，实际使用时，可以用型号为DS18B20的产品代替温度传感器和度信号采集模块，也就是说，型号为DS18B20的产品用于采集温度信号并处理然后将信号传送给微处理器。

作为优选，为了监测SPD(浪涌保护器，电源防雷单元和通信防雷单元内均设置有SPD)的状态，本实施例还可以包括n个SPD干接点状态采集器，所述信号采集单元包括干接点信号采集模块，每个SPD干接点状态采集器通过一个所述信号采集单元的干接点信号采集模块与所述微处理器连接。

这里需要说明的是，SPD干接点存在于SPD中，用于检测SPD的状态(用于指示SPD的好坏)，以便检测电源防雷单元和通信防雷单元中SPD的好坏，从而提高本实施例的安全性能，保证工作可靠性。这里，干接点就是SPD上的2个接线端子，实际上相当于一个开关，检测干接点的状态实际上是检测开关的通断。

作为优选，本实施例还包括与所述微处理器连接的电源单元，所述电源单元通过依次连接的电源滤波单元和电源防雷单元与外部交流电源连接，另外本实施例还可以包括与所述微处理器连接的内置电池。

这里需要说明的是，电源滤波单元用于电源滤波，滤除外部交流电源噪声，电源滤波单元产品型号可以为ZG0840-PCB-0004A；电源防雷单元用于电源端口的浪涌电流防护，电源防雷单元产品型号可以为ZGGQ40-260MK6s。本实施例支持外部交流电源和内置电池两种供电方式，电源单元将外部交流电源或外部电池电源转变为雷电监测系统工作所需的直流电源，外部交流电源关闭或跌落时，雷电监测系统自动切换到内置电池供电，实现系统的不间断工作。电源单元具备过压保护、过流保护、短路保护、电池充放电保护、电池温度保护等保护功能，电源单元产品型号可以为ZG0840-PCB-0003A。

作为优选，本实施例还可以包括与所述微处理器连接的自检单元、时钟单元和存储单元中的一种或几种。作为优选，还包括与所述微处理器连接的示波器。

这里，通过示波器可以显示雷电流的波形及雷电流发生的时间、雷电流峰值、极性、波头时间、半峰值时间、电荷量、比能量、陡波系数等雷电特征参数；存储单元实现对雷电流波形数据及雷电流发生的时间、雷电流峰值、极性、波头时间、半峰值时间、电荷量、比能量、陡波系数等雷电特征参数等数据的存储；自检单元实现传感器采集通道及传感器等系统部件的自检，以便检测监测系统是否损坏，并通过时钟单元获取系统时间，以便于记录雷击发生时间等时间信息。

作为优选，本实施例还可以包括与所述微处理器连接的摄像机，通过摄像机可以及时拍摄雷电发生画面，便于工作人员直观判断雷电情况。

此外，通过本实施例，可以验证风电机组现有防雷方案的有效性，因为本实施例可以实时监测风电机组遭受的雷电情况，可以根据监测数据判断风电机组现有防雷方案是否合理有效，从而为科学合理的进行防雷改造提供数据依据，同时，由于本实施例可以多通道并行实时监测并存储风机叶片的雷电流波形及雷击发生时间、雷电流峰值、极性、波头时间、半峰值时间、电荷量、比能量、陡波系数等完整雷电信息，可以方便后期对风电机组运行环境的雷电监测数据进行大数据分析及应用。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.风电多通道雷电监测系统，其特征在于，包括微处理器、n个雷电流传感器和n个信号采集单元，每个雷电流传感器分别通过一个所述信号采集单元与所述微处理器连接，所述微处理器通过依次连接的通信单元和通信防雷单元与外部控制系统连接，其中，n≥2。

2.根据权利要求1所述的风电多通道雷电监测系统，其特征在于，所述信号采集单元包括雷电信号采集模块，所述雷电信号采集模块包括依次连接的积分器、信号调理电路、滤波电路、电平抬升电路和模数转换器，所述积分器的输入端与所述雷电流传感器连接，所述模数转换器的输出端与所述微处理器连接。

3.根据权利要求1所述的风电多通道雷电监测系统，其特征在于，还包括n个温度传感器，所述信号采集单元包括温度信号采集模块，每个温度传感器分别通过一个所述信号采集单元中的温度信号采集模块与所述微处理器器连接。

4.根据权利要求1所述的风电多通道雷电监测系统，其特征在于，还包括n个SPD干接点状态采集器，所述信号采集单元包括干接点信号采集模块，每个SPD干接点状态采集器通过一个所述信号采集单元的干接点信号采集模块与所述微处理器连接。

5.根据权利要求1所述的风电多通道雷电监测系统，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的电源单元，所述电源单元通过依次连接的电源滤波单元和电源防雷单元与外部交流电源连接。

6.根据权利要求1所述的风电多通道雷电监测系统，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的内置电池。

7.根据权利要求1所述的风电多通道雷电监测系统，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的自检单元、时钟单元和存储单元中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的风电多通道雷电监测系统，其特征在于，所述雷电流传感器为罗氏线圈传感器。

9.根据权利要求1所述的风电多通道雷电监测系统，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的示波器。

10.根据权利要求1所述的风电多通道雷电监测系统，其特征在于，还包括与所述微处理器连接的摄像机。