CN209823107U - 一种风电场的高效防雷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风电场的高效防雷系统，包括电源存储箱和多个风电机组，电源存储箱的顶部设置有至少2个电源防雷器，每台风电机组的顶部设置有发电防雷器，电源防雷器包括第一防雷罩、消雷筒和多个中空接闪针，消雷筒内安装有第一纳米陶瓷绝缘子，第一纳米陶瓷绝缘子的底部安装有第一电极，第一电极通过第一引下线连接有接地装置，发电防雷器包括第二防雷罩和多个实心接闪针，第二防雷罩的内部安装有第二纳米陶瓷绝缘子，第二纳米陶瓷绝缘子的底部安装有第二电极，第二电极通过第二引下线连接有接地装置。本系统具有结构简单、成本低、雷电防护等级高、防雷效果好、且能大幅减弱导入大地电流、导电速度快的优点。

Description

一种风电场的高效防雷系统

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电场的高效防雷系统。

背景技术

风力发电是指把风的动能转为电能。风是一种没有公害的能源，利用风力发电非常环保，且能够产生的电能非常巨大，风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。风力发电场多建于郊区，容易受到雷电的影响，严重时遭受雷击导致发生火灾，影响正常供电，同样发电场发电后通常需要架设高压线路进行输送，输变电线路同样容易遭受雷击，为了防止发电场和输变电线路遭受雷击，通常在发电场上安装避雷针，在输变电线路上架设避雷线，从而消除雷击，以达到保护发电场和输变电线路的目的。上述的防雷设施虽然能够起到一定的防雷效果，但避雷针通常带来反击、跨步电压、接触电压和对强弱电系统的电磁脉冲感应过电压损坏等负面危害，架设避雷线不仅安装费时费力，而且成本较高。因此，研制开发一种结构简单、成本低、雷电防护等级高、对设备和输电线防雷效果好、且能大幅减弱导入大地电流、导电速度快的风电场的高效防雷系统是客观需要的。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、成本低、雷电防护等级高、对设备和输电线防雷效果好、且能大幅减弱导入大地电流、导电速度快的风电场的高效防雷系统。

本实用新型的目的是这样实现的，包括布置在风电场上的电源存储箱以及多个风电机组，风电机组产生的电能通过输电线进入电源存储箱，电源存储箱的顶部设置有至少2个电源防雷器，每台风电机组的顶部均设置有发电防雷器，电源防雷器包括第一防雷罩和消雷筒，第一防雷罩活动安装在消雷筒的上方，所述第一防雷罩上设置有多个通孔，每个通孔上均安装有中空接闪针，中空接闪针上设置有多个放电孔，消雷筒内安装有第一纳米陶瓷绝缘子，第一纳米陶瓷绝缘子的底部安装有第一电极，第一电极与消雷筒之间留有间隙，第一电极的底部通过第一引下线连接有接地装置，第一防雷罩的下方通过支撑杆安装有防护罩，防护罩的底部安装有封板，防护罩内设置有电源，电源与第一纳米陶瓷绝缘子之间通过导线依次连接有逆变器和变压器，防护罩内还设置有风机，防护罩外设置有雷电预警装置，雷电预警装置和风机均通过导线与电源相连；发电防雷器包括第二防雷罩，第二防雷罩的顶部安装有多个实心接闪针，第二防雷罩的内部安装有第二纳米陶瓷绝缘子，第二纳米陶瓷绝缘子的底部安装有第二电极，第二电极与第二防雷罩之间留有间隙，第二电极的底部通过第二引下线连接有接地装置，接地装置位于风电场的地表下。

进一步的，所述接地装置包括水平接地极和垂直接地极，所述水平接地极包括多圈同心设置的导电圈，相邻两导电圈之间通过导电条相连，所述垂直接地极均匀布置每圈导电圈的下侧，所述导电圈和导电条采用镀锌扁钢制作，所述垂直接地极采用镀锌圆钢制作。

进一步的，第一防雷罩和第二防雷罩均采用铝合金材料制作，且在第一防雷罩和第二防雷罩的外表面设置绝缘层。

进一步的，中空接闪针的端部辐射安装有多个第一放电针，所述实心接闪针的端部辐射安装有多个第二放电针。

进一步的，第一电极和第二电极均为高导或超高导电极。

本实用新型的优点在于：一是在电源存储箱的顶部设置有电源防雷器，电源防雷器的设置能够对电源存储箱进行防雷保护，避免电源存储箱在雷雨天气时遭受雷电袭击而损坏，对电源存储箱内的各种设备起到良好的保护作用；二是在发电机组上设置发电防雷器，发电防雷器能够对发电机组进行防雷保护；三是电源防雷器和防雷发电器的结构设计巧妙，能够将雷电带来的电流进行多级放电，保护电源存储箱和发电机组不受电磁场的干扰，能够让经过衰减后的雷电的电流被有效减弱，避免导入大地的电流过大对周边物体产生破坏。本实用新型针对风电场的结构特点，设置了结构不同的电源防雷器和防雷发电器，实现有针对性的对电源存储箱和风电机组进行消雷，有效的保护了风电场的正常运行，具有结构简单、成本低、雷电防护等级高、对设备和输电线防雷效果好、且能大幅减弱导入大地电流、导电速度快的优点，非常适合户外风力发电场的防雷接地，易于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为电源防雷器2的结构示意图；

图3为发电防雷器4的结构示意图；

图4为接地装置6中水平地极的结构示意图；

图中:1-电源存储箱,2-电源防雷器, 201-雷电预警装置,202-逆变器,203-变压器,204-消雷筒,205-中空接闪针,206-放电孔,207-第一放电针,208-通孔,209-第一防雷罩,210-第一纳米陶瓷绝缘子,211-第一电极,212-支撑杆,213-风机,214-防护罩,215-封板,216-第一引下线,217-电源,3-风电机组, 4-发电防雷器, 401-第二引下线,402-第二防雷罩,403-实心接闪针,404-第二放电针,405-第二纳米陶瓷绝缘子,406-第二电极,5-输电线,6-接地装置,601-导电圈,602-导电条,7-绝缘层。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1～4所示,本实用新型包括布置在风电场上的电源存储箱1以及多个风电机组3，所述风电机组3产生的电能通过输电线5进入电源存储箱1，电源存储箱1的顶部设置有至少2个电源防雷器2，每台风电机组3的顶部均设置有发电防雷器4。电源防雷器2的设置能够对电源存储箱1进行防雷保护，避免电源存储箱1在雷雨天气时遭受雷电袭击而损坏，对电源存储箱1内的各种设备起到良好的保护作用，发电防雷器4能够对发电机组3进行防雷保护。

所述电源防雷器2包括第一防雷罩209和消雷筒204，所述第一防雷罩209活动安装在消雷筒204的上方，所述第一防雷罩209上设置有多个通孔208，每个通孔208上均安装有中空接闪针205，所述中空接闪针205上设置有多个放电孔206，所述消雷筒204内安装有第一纳米陶瓷绝缘子210，所述第一纳米陶瓷绝缘子210的底部安装有第一电极211，所述第一电极211与消雷筒204之间留有间隙，所述第一电极211的底部通过第一引下线216与接地装置6连接，所述第一防雷罩209的下方通过支撑杆212安装有防护罩214，所述防护罩214的底部安装有封板215，所述防护罩214内设置有电源217，所述电源217与第一纳米陶瓷绝缘子210之间通过导线依次连接有逆变器202和变压器203，所述防护罩214内还设置有风机213，所述防护罩214外设置有雷电预警装置201，所述雷电预警装置201和风机213均通过导线与电源217相连；当发电场上方有雷云时，雷云中的电荷不断聚集，电源防雷器2开始工作，通常雷云带负电荷，雷云中的负电荷不断聚集，根据库伦定律可知，同时大地上聚集大量正电荷，在异性电荷相吸的作用下，雷云电荷击穿外界空气与空心接闪针205连通后，大量负电荷聚集在第一防雷罩209上，此时大地上聚集的正电荷通过第一引下线216聚集到第一电极211上，第一电极211上的大量正电荷与第一防雷罩209上的大量负电荷不断聚集，产生电压差，当电压差增大到一定程度时就会击穿第一防雷罩209与第一电极211之间的空气，产生毫安级放电，从而电离出大量的等离子体，在雷云电场激励下可产生大于30mC/s消散电荷，等离子体中的正离子不断向上扩散，离子扩散高度通常达800m以上，与雷云中的负电荷中和，削弱雷云，而中和后的多余雷电负离子则经第一引下线216流入接地装置6中，从而实现无源驱雷，在无源驱雷工作的同时，可接通220V电源217，然后经逆变器202和变压器203的作用将220V电压变换成3万伏电压，并将3万伏电压传输到第一纳米陶瓷绝缘子210上，第一纳米陶瓷绝缘子210在高电压的作用下击穿一纳米陶瓷绝缘子210与第一防雷罩209之间的空气，即实现介质阻挡放电方式强电离空气产生高浓度非平衡低温等离子体，采用上述强电离空气方式可产生浓度为 1014/m³～1016/m³的等离子体，同时启动风机213，在风机213的作用下，高浓度等离子依次经过通孔208和中空放电针205，并从中空放电针205上的放电孔206处流出释放到空气中，让正离子能够漂浮至雷云中，与雷云中的负电荷中和，削弱雷云，实现有源驱雷。

所述发电防雷器4包括第二防雷罩402，所述第二防雷罩402的顶部安装有多个实心接闪针403，所述第二防雷罩402的内部安装有第二纳米陶瓷绝缘子405，第二纳米陶瓷绝缘子405的底部安装有第二电极406，所述第二电极406与第二防雷罩402之间留有间隙，所述第二电极406的底部通过第二引下线401与接地装置6连接，所述接地装置6位于风电场的地表下。当发电机组3上方有雷云时，通常雷云带负电荷，根据库伦定律，大地上聚集大量的正电荷，正电荷通过第二引下线401聚集到第二电极406上，随着雷云中的负电荷不断聚集，在第二电极406上的正电荷与雷云负电荷相吸的作用下，雷云中的负电荷成漏斗状向下移动，大量的负电荷通过实心接闪针403聚集在第二防雷402和第二纳米陶瓷绝缘子405上，负电荷与第二电极406上的正电荷形成电压差，随着负电荷和正电荷的不断聚集，电压差不断增大，当压差到达一定数值后，击穿第二电极406与第二防雷罩402之间的空气，电离产生高密度等离子体，即在雷云电场激励下通常产生大于30mC/s消散等离子体，有效中和引聚正负电荷，正离子向空气中扩散与雷云中的负电荷中和，离子通常漂浮距离在800m以上，削弱雷云，而中和后的其余负电荷则经第二引下线401导入大地中的接地装置6，从而达到稳定驱雷的目的，有效保护风电机组3。

为了达到较好的接地保护效果，所述接地装置6包括水平接地极和垂直接地极，所述水平接地极包括多圈同心设置的导电圈601，相邻两导电圈601之间通过导电条602相连，所述垂直接地极均匀布置每圈导电圈601的下侧，优选地，所述导电圈601和导电条602采用镀锌扁钢制作，所述垂直接地极采用镀锌圆钢制作。

所述第一防雷罩209和第二防雷罩402均采用铝合金材料制作，铝合金材料的导电性能好、性价比高，为了保证使用过程中的安全性，在第一防雷罩209和第二防雷罩402的外表面设置绝缘层7。

进一步的，所述中空接闪针205的端部辐射安装有多个第一放电针207，所述实心接闪针403的端部辐射安装有多个第二放电针404，通过设置的第一放电针207和第二放电针404能够加快放电的速度和效果。

为了保证良好的导电性能，优选地，所述第一电极211和第二电极406均为高导或超高导电极。

Claims (6)

1.一种风电场的高效防雷系统，包括布置在风电场上的电源存储箱（1）以及多个风电机组（3），所述风电机组（3）产生的电能通过输电线（5）进入电源存储箱（1），其特征在于：所述电源存储箱（1）的顶部设置有至少2个电源防雷器（2），每台风电机组（3）的顶部均设置有发电防雷器（4），

所述电源防雷器（2）包括第一防雷罩（209）和消雷筒（204），所述第一防雷罩（209）活动安装在消雷筒（204）的上方，所述第一防雷罩（209）上设置有多个通孔（208），每个通孔（208）上均安装有中空接闪针（205），所述中空接闪针（205）上设置有多个放电孔（206），所述消雷筒（204）内安装有第一纳米陶瓷绝缘子（210），所述第一纳米陶瓷绝缘子（210）的底部安装有第一电极（211），所述第一电极（211）与消雷筒（204）之间留有间隙，所述第一电极（211）的底部通过第一引下线（216）与接地装置（6）连接，所述第一防雷罩（209）的下方通过支撑杆（212）安装有防护罩（214），所述防护罩（214）的底部安装有封板（215），所述防护罩（214）内设置有电源（217），所述电源（217）与第一纳米陶瓷绝缘子（210）之间通过导线依次连接有逆变器（202）和变压器（203），所述防护罩（214）内还设置有风机（213），所述防护罩（214）外设置有雷电预警装置（201），所述雷电预警装置（201）和风机（213）均通过导线与电源（217）相连；

所述发电防雷器（4）包括第二防雷罩（402），所述第二防雷罩（402）的顶部安装有多个实心接闪针（403），所述第二防雷罩（402）的内部安装有第二纳米陶瓷绝缘子（405），第二纳米陶瓷绝缘子（405）的底部安装有第二电极（406），所述第二电极（406）与第二防雷罩（402）之间留有间隙，所述第二电极（406）的底部通过第二引下线（401）与接地装置（6）连接，所述接地装置（6）位于风电场的地表下。

2.根据权利要求1所述的一种风电场的高效防雷系统，其特征在于：所述接地装置（6）包括水平接地极和垂直接地极，所述水平接地极包括多圈同心设置的导电圈（601），相邻两导电圈（601）之间通过导电条（602）相连，所述垂直接地极均匀布置每圈导电圈（601）的下侧。

3.根据权利要求2所述的一种风电场的高效防雷系统，其特征在于：所述导电圈（601）和导电条（602）采用镀锌扁钢制作，所述垂直接地极采用镀锌圆钢制作。

4.根据权利要求1所述的一种风电场的高效防雷系统，其特征在于：所述第一防雷罩（209）和第二防雷罩（402）均采用铝合金材料制作，且在第一防雷罩（209）和第二防雷罩（402）的外表面设置绝缘层（7）。

5.根据权利要求1所述的一种风电场的高效防雷系统，其特征在于：所述中空接闪针（205）的端部辐射安装有多个第一放电针（207），所述实心接闪针（403）的端部辐射安装有多个第二放电针（404）。

6.根据权利要求1所述的一种风电场的高效防雷系统，其特征在于：所述第一电极（211）和第二电极（406）均为高导或超高导电极。