CN209858637U - 一种用于风电领域的防雷监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于风电领域的防雷监测装置，解决了目前专门针对风力发电机的防雷监测装置不能实时、准确地掌握风力发电机遭受雷击时间、次数、幅值等，不能高效进行故障预警问题。本实用新型包括雷电监控中心、雷电监测箱和雷电流传感器，雷电流传感器连接雷电监测箱，雷电监测箱连接雷电监控中心；雷电流传感器分别安装在风力发电机叶片、机舱及塔基中。用于实时采集风力发电机叶片、机舱及塔基部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至雷电监测箱；雷电监控中心根据雷电监测箱传输的数据进行分析计算，记录雷击发生时间、雷电流幅值、极性、波形以及雷击次数并存储于内部存储器中，实现数据显示、统计和报表生成。

Description

一种用于风电领域的防雷监测装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电机监测技术领域，具体涉及一种用于风电领域的防雷监测装置。

背景技术

风力发电机多处于高原、高山、海边等雷击多发区，因其自身特点，遭受雷击的概率较大。随着发电功率的增加、风电装机总量的快速增长，雷击对风力发电机造成的损失不容忽视。然而，目前风电领域的防雷监测方法和设备，不能实时、准确地掌握风力发电机遭受雷击的时间、次数、幅值等。不能高效地进行故障预警，给我们的保险理赔带来了很大的不便。因此我们需要一种用于风电领域的防雷监测装置。专门针对风力发电机设计，能够帮助我们准确地掌握风力发电机遭受雷击的时间、次数、幅值等，为该区域进行防雷设计或改造、保险理赔等提供依据与帮助。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：目前风电领域的防雷监测装置，不能实时、准确地掌握风力发电机遭受雷击的时间、次数、幅值等。不能高效地进行故障预警，给我们带来了很大的不便。本实用新型提供了解决上述问题的一种用于风电领域的防雷监测装置。

把风电综合防雷监测箱安装在风力发电机的轮毂、机舱及塔基内部，能够实时、准确的监测到风力发电机叶片、机舱、塔基遭受雷击时的雷电流信息，并对机舱和塔基SPD状态进行监测，同时也能对机舱碳刷连接电阻、塔基接地电阻进行准确测量，并具备数据上传功能，管理人员可实时得知故障信息并及时处理。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种用于风电领域的防雷监测装置，包括雷电监控中心、雷电监测箱和雷电流传感器，所述雷电流传感器连接所述雷电监测箱，所述雷电监测箱连接所述雷电监控中心；

所述雷电流传感器安装在风力发电机叶片、机舱及塔基中，用于实时采集风力发电机叶片、机舱及塔基相关部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述雷电监测箱；

所述雷电监测箱，用于对所述雷电传感器采集的数据进行分析计算，记录雷击发生时间、雷电流幅值、极性、波形以及雷击次数并存储于内部存储器中，同时传送至所述雷电监控中心；

所述雷电监控中心结合所述雷电监测箱传送的数据，实现数据展示、统计和报表生成。

本实用新型的工作原理是：由于风力发电机中的叶片作为风力发电机组中位置最高的部件，极易遭受雷击，多数情况下雷击的位置在叶尖的背面，目前叶片大多安装了专门的防雷箱，由雷电接闪器和雷电传导部分组成，在叶片内部，雷电传导部分将雷电从接闪器导入叶片根部的金属法兰，通过轮毂传至机舱，在轮毂的法兰处装有间隙放电保护装置，将雷电流迅速传至机舱底座，释放雷击过电流；本实用新型通过安装在风力发电机叶片、机舱及塔基中的雷电流传感器来实时、准确地监测到风力发电机对应部件遭受雷击时的雷电流信息并传送至雷电监测箱，雷电监测箱将采集、计算、记录雷击发生时间、雷电流幅值、极性、波形以及雷击次数并存储于内部存储器中，同时传送至所述雷电监控中心，雷电监控中心结合雷电监测箱传送的数据，实现数据展示、管理、统计和报表生成；本实用新型结构简单、操作流程合理，模块化设计，集成度高，可扩展性强，能够实时、准确地掌握风力发电机遭受雷击的时间、次数、幅值等，实时高效地进行故障预警。

进一步地，所述雷电监测箱包括叶片雷电监测箱、机舱雷电监测箱和塔基雷电监测箱，所述叶片雷电监测箱安装于风力发电机的轮毂上，用于监测风力发电机叶片遭受雷击的雷电流信息；所述机舱雷电监测箱安装于风力发电机的机舱内，用于监测碳刷连接状态及通过的雷电流信息、机舱控制柜内防雷器的状态、风速风向仪和避雷针遭受的雷击数据；所述塔基雷电监测箱安装于风力发电机的塔基内，用于监测塔基的雷电流信息和接地电阻值；

具体地，叶片雷电监测箱将监测到的雷电流数据传输到机舱雷电监测箱；机舱雷电监测箱除了监测风速风向仪和避雷针遭受的雷击数据，还监测碳刷连接状态及通过的雷电流信息，并将汇总的信息传入塔基雷电监测箱；塔基雷电监测箱除了监测接地体的雷电流信息外，还监测接地电阻值，将整合后的数据传输到雷电监控中心实现数据展示、管理、统计和报表生成。

进一步地，所述叶片雷电监测箱包括第一雷电流监测单元和第一中控单元，所述第一雷电流监测单元一端连接第一雷电流传感器、另一端连接所述第一中控单元，所述第一雷电流传感器安装在风力发电机轮毂内，所述第一雷电流监测单元通过所述第一雷电流传感器实时监测风力发电机叶片部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述第一中控单元；基于叶片作为风力发电机组中位置最高的部件，极易遭受雷击，多数情况下雷击的位置在叶尖的背面，目前叶片大多安装了专门的防雷箱，由雷电接闪器和雷电传导部分组成，在叶片内部，雷电传导部分将雷电从接闪器导入叶片根部的金属法兰，通过轮毂传至机舱，在轮毂的法兰处装有间隙放电保护装置，将雷电流迅速传至机舱底座，释放雷击过电流。

所述机舱雷电监测箱包括第二雷电流监测单元、第二中控单元和连接电阻模块，所述第二雷电流监测单元一端连接第二雷电流传感器、另一端连接所述第二中控单元，所述连接电阻模块连接所述第二中控单元；所述第二雷电流传感器安装在风力发电机机舱内，所述第二雷电流监测单元通过所述第二雷电流传感器实时监测风力发电机机舱部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述第二中控单元；所述连接电阻模块用于监测风力发电机机舱内碳刷是否发生松动、断开、氧化，由于碳刷是叶片雷电流泄放路径的关键环节，若碳刷与轮毂连接不良，会造成雷电流无法泄放，从而将叶片击穿，连接电阻模块通过监测风力发电机机舱内碳刷是否发生松动、断开、氧化来预防因连接故障引发的雷击击穿叶片事故；所述第二中控单元通过所述连接电阻模块的测量值是否超过设定阈值而进行预警。

其中：所述连接电阻模块包括连接电阻1、连接电阻2和连接电阻3，且分别对应碳刷1、碳刷2、碳刷3；所述第二雷电流传感器包括雷电流传感器1、雷电流传感器2、雷电流传感器3和雷电流传感器4，它们分别对应风速风向仪、碳刷1、碳刷2、碳刷3。

所述塔基雷电监测箱包括第三雷电流监测单元、第三中控单元和接地电阻模块，所述第三雷电流监测单元一端连接第三雷电流传感器、另一端连接所述第三中控单元，所述接地电阻模块连接所述第三中控单元；所述第三雷电流传感器安装在风力发电机塔基内底部的塔筒连接线、风机地线引出线、机舱主地线的主干线地线通道上，所述第三雷电流监测单元通过所述第三雷电流传感器实时监测风力发电机塔基部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述第三中控单元；所述接地电阻模块，用于监测风力发电机塔基接地电阻值的大小，判断其阻值是否符合标准，接地阻值过大时，会降低雷电流泄放入地的效果，抬高地电位，将设备损坏；所述第三中控单元通过所述接地电阻模块的测量值是否超过设定阈值而进行预警。

进一步地，所述雷电监测箱与所述雷电监控中心的通信方式采用有线网络或者无线网络通信。

进一步地，所述雷电监测箱内设置有电源模块，用于为所述雷电监测箱提供电源。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型通过安装在风力发电机叶片、机舱及塔基中的雷电流传感器来实时、准确地监测到风力发电机对应部件遭受雷击时的雷电流信息并传送至雷电监测箱，雷电监测箱将采集、计算、记录雷击发生时间、雷电流幅值、极性、波形以及雷击次数并存储于内部存储器中，同时传送至所述雷电监控中心，雷电监控中心结合雷电监测箱传送的数据，实现数据展示、管理、统计和报表生成；

2、本实用新型叶片雷电监测箱将监测到的雷电流数据传输到机舱雷电监测箱；机舱雷电监测箱除了监测风速风向仪和避雷针遭受的雷击数据，还监测碳刷连接状态及通过的雷电流信息，并将汇总的信息传入塔基雷电监测箱；塔基雷电监测箱除了监测接地体的雷电流信息外，还监测接地电阻值，将整合后的数据传输到雷电监控中心实现数据展示、管理、统计和报表生成；

3、本实用新型连接电阻模块用于监测风力发电机机舱内碳刷是否发生松动、断开、氧化，由于碳刷是叶片雷电流泄放路径的关键环节，若碳刷与轮毂连接不良，会造成雷电流无法泄放，从而将叶片击穿，连接电阻通过监测风力发电机机舱内碳刷是否发生松动、断开、氧化来预防因连接故障引发的雷击击穿叶片事故；所述接地电阻模块，用于监测风力发电机塔基接地电阻值的大小，判断其阻值是否符合标准，接地阻值过大时，会降低雷电流泄放入地的效果，抬高地电位，将设备损坏；

4、本实用新型结构简单、操作流程合理，模块化设计，集成度高，可扩展性强，能够实时、准确地掌握风力发电机遭受雷击的时间、次数、幅值等，实时高效地进行故障预警。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的叶片雷电监测箱结构图。

图3为本实用新型的机舱雷电监测箱结构图。

图4为本实用新型的塔基雷电监测箱结构图。

图5为本实用新型工作原理图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-雷电监控中心，2-雷电监测箱，3-雷电流传感器，20-叶片雷电监测箱，21-机舱雷电监测箱，22-塔基雷电监测箱，201-第一雷电流监测单元，202-第一中控单元，211-第二雷电流监测单元，212-第二中控单元，213-连接电阻模块，221-第三雷电流监测单元，222-第三中控单元，223-接地电阻模块，30-第一雷电流传感器，31-第二雷电流传感器，32-第三雷电流传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1至图5所示，一种用于风电领域的防雷监测装置，包括雷电监控中心1、雷电监测箱2和雷电流传感器3，所述雷电流传感器3连接所述雷电监测箱2，所述雷电监测箱2连接所述雷电监控中心1；所述雷电流传感器3安装在风力发电机叶片、机舱及塔基中，用于实时采集风力发电机叶片、机舱及塔基相关部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述雷电监测箱2；所述雷电监测箱2，用于对所述雷电传感器3采集的数据进行分析计算，记录雷击发生时间、雷电流幅值、极性、波形以及雷击次数并存储于内部存储器中，同时传送至所述雷电监控中心1；所述雷电监控中心1结合所述雷电监测箱2传送的数据，实现数据展示、统计和报表生成。

具体地，所述雷电监测箱2包括叶片雷电监测箱20、机舱雷电监测箱21和塔基雷电监测箱22，所述叶片雷电监测箱20安装于风力发电机的轮毂内，用于监测风力发电机叶片遭受雷击的雷电流信息；所述机舱雷电监测箱21安装于风力发电机的机舱内，用于监测碳刷连接状态及通过的雷电流信息、机舱控制柜内防雷器的状态、风速风向仪和避雷针遭受的雷击数据；所述塔基雷电监测箱22安装于风力发电机的塔基内，用于监测塔基的雷电流信息和接地电阻值；

如图5所示，本实用新型采用RS485/以太网通信接口，执行Modbus RTU及TCP/IP协议，叶片雷电监测箱20将监测到的雷电流数据通过无线传输/Modbus RTU传输到机舱雷电监测箱21；机舱雷电监测箱21除了监测风速风向仪和避雷针遭受的雷击数据，还监测碳刷连接状态及通过的雷电流信息，并将汇总的信息进行分析处理后采用Modbus RTU通讯协议一并传入塔基雷电监测箱22；塔基雷电监测箱22除了监测接地体的雷电流信息外，还监测接地电阻值，将整合后的数据通过有线网络或者无线网络传输到雷电监控中心1实现数据展示、管理、统计和报表生成。

其中：

如图2所示，所述叶片雷电监测箱20包括第一雷电流监测单元201和第一中控单元202，所述第一雷电流监测单元201一端连接第一雷电流传感器30、另一端连接所述第一中控单元202，所述第一雷电流传感器30安装在风力发电机轮毂内每个叶片根部轮毂主干线地线通道上，所述第一雷电流监测单元201通过所述第一雷电流传感器30实时监测风力发电机叶片部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述第一中控单元202；

基于叶片作为风力发电机组中位置最高的部件，极易遭受雷击，多数情况下雷击的位置在叶尖的背面，目前叶片大多安装了专门的防雷箱，由雷电接闪器和雷电传导部分组成，在叶片内部，雷电传导部分将雷电从接闪器导入叶片根部的金属法兰，通过轮毂传至机舱，在轮毂的法兰处装有间隙放电保护装置，将雷电流迅速传至机舱底座，释放雷击过电流。

如图3所示，所述机舱雷电监测箱21包括第二雷电流监测单元211、第二中控单元212和连接电阻模块213，所述第二雷电流监测单元211一端连接第二雷电流传感器31、另一端连接所述第二中控单元212，所述连接电阻模块213连接所述第二中控单元212；所述第二雷电流传感器31安装在风力发电机机舱内风速风向仪到机舱主干线地线的通道上，所述第二雷电流监测单元211通过所述第二雷电流传感器实时监测风力发电机机舱部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述第二中控单元212；所述连接电阻模块213用于监测风力发电机机舱内碳刷是否发生松动、断开、氧化，由于碳刷是叶片雷电流泄放路径的关键环节，若碳刷与轮毂连接不良，会造成雷电流无法泄放，从而将叶片击穿，连接电阻模块213通过监测风力发电机机舱内碳刷是否发生松动、断开、氧化来预防因连接故障引发的雷击击穿叶片事故；所述第二中控单元212通过所述连接电阻模块213的测量值是否超过设定阈值而进行预警，通过连接的声光报警器报警。

如图4所示，所述塔基雷电监测箱22包括第三雷电流监测单元221、第三中控单元222和接地电阻模块223，所述第三雷电流监测单元221一端连接第三雷电流传感器32、另一端连接所述第三中控单元222，所述接地电阻模块223连接所述第三中控单元222；所述第三雷电流传感器32安装在风力发电机塔基内底部的塔筒连接线、风机地线引出线、机舱主地线的主干线地线通道上，所述第三雷电流监测单元221通过所述第三雷电流传感器实时监测风力发电机塔基部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述第三中控单元222；所述接地电阻模块223，用于监测风力发电机塔基接地电阻值的大小，判断其阻值是否符合标准，接地阻值过大时，会降低雷电流泄放入地的效果，抬高地电位，将设备损坏；所述第三中控单元222通过所述接地电阻模块223的测量值是否超过设定阈值而进行预警，通过连接的声光报警器报警。

第一雷电流监测单元201、第二雷电流监测单元211、第三雷电流监测单元221的技术参数均采用，雷电峰值监测范围：±2KA～±250KA，峰值测量误差：≤±5％，通讯接口：隔离式RS485，采样率：65MHz，波形采集长度：150us，测量分辨率：14位AD转换，传输阻抗：50Ω，电源：DC 12V/2A，工作温度：-40℃～80℃，存储温度：-40℃～80℃。

第一中控单元202、第二中控单元212、第三中控单元222的技术参数均采用，CPU：TI工业级Cortex-A9处理器，主频1GHz，内存：2GB DDR3，FLASH：16GB eMMC存储器，以太网：2路千兆以太网接口，RS485：5路RS485接口，RS232：1路RS232，显示器：低温型7寸触摸电阻LCD屏，SD卡：1路SD存储卡接口，USB：1路USB HOST，1路USB OTG，电源：DC 12V/2A，工作温度：-40℃～80℃，存储温度：-40℃～80℃。

另外，所述雷电监测箱2内设置有电源模块，用于为所述雷电监测箱2提供电源。

所述雷电监测箱2与所述雷电监控中心1的通信方式采用有线网络或者无线网络通信。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于风电领域的防雷监测装置，其特征在于：包括雷电监控中心(1)、雷电监测箱(2)和雷电流传感器(3)，所述雷电流传感器(3)连接所述雷电监测箱(2)，所述雷电监测箱(2)连接所述雷电监控中心(1)；

所述雷电流传感器(3)安装在风力发电机叶片、机舱及塔基中，用于实时采集风力发电机叶片、机舱及塔基相关部件遭受雷击时的雷电流特性参数，并传送至所述雷电监测箱(2)；

所述雷电监测箱(2)，用于对所述雷电流传感器(3)采集的数据进行分析计算，记录雷击发生时间、雷电流幅值、极性、波形以及雷击次数并存储于内部存储器中，同时传送至所述雷电监控中心(1)；

所述雷电监控中心(1)结合所述雷电监测箱(2)传送的数据，实现数据展示、统计和报表生成。

2.根据权利要求1所述的一种用于风电领域的防雷监测装置，其特征在于：所述雷电监测箱(2)包括叶片雷电监测箱(20)、机舱雷电监测箱(21)和塔基雷电监测箱(22)；

所述叶片雷电监测箱(20)安装于风力发电机的轮毂上，用于监测风力发电机叶片遭受雷击的雷电流信息；

所述机舱雷电监测箱(21)安装于风力发电机的机舱内，用于监测碳刷连接状态及通过的雷电流信息、机舱控制柜内防雷器的状态、风速风向仪和避雷针遭受的雷击数据；

所述塔基雷电监测箱(22)安装于风力发电机的塔基内，用于监测塔基的雷电流信息和接地电阻值。

3.根据权利要求2所述的一种用于风电领域的防雷监测装置，其特征在于：所述叶片雷电监测箱(20)包括第一雷电流监测单元(201)和第一中控单元(202)；

所述第一雷电流监测单元(201)一端连接第一雷电流传感器(30)、另一端连接所述第一中控单元(202)，所述第一雷电流传感器(30)安装在风力发电机轮毂内；

所述第一雷电流监测单元(201)通过所述第一雷电流传感器(30)实时监测风力发电机叶片部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述第一中控单元(202)。

4.根据权利要求2所述的一种用于风电领域的防雷监测装置，其特征在于：所述机舱雷电监测箱(21)包括第二雷电流监测单元(211)、第二中控单元(212)和连接电阻模块(213)，所述第二雷电流监测单元(211)一端连接第二雷电流传感器(31)、另一端连接所述第二中控单元(212)；

所述连接电阻模块(213)连接所述第二中控单元(212)；

所述第二雷电流传感器(31)安装在风力发电机机舱内；

所述第二雷电流监测单元(211)通过所述第二雷电流传感器实时监测风力发电机机舱部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述第二中控单元(212)；

所述连接电阻模块(213)用于监测风力发电机机舱内碳刷是否发生松动、断开、氧化；所述第二中控单元(212)通过所述连接电阻模块(213)的测量值是否超过设定阈值而进行预警。

5.根据权利要求2所述的一种用于风电领域的防雷监测装置，其特征在于：所述塔基雷电监测箱(22)包括第三雷电流监测单元(221)、第三中控单元(222)和接地电阻模块(223)；

所述第三雷电流监测单元(221)一端连接第三雷电流传感器(32)、另一端连接所述第三中控单元(222)；

所述接地电阻模块(223)连接所述第三中控单元(222)；

所述第三雷电流传感器(32)安装在风力发电机塔基内底部的塔筒连接线、风机地线引出线、机舱主地线的主干线地线通道上；

所述第三雷电流监测单元(221)通过所述第三雷电流传感器实时监测风力发电机塔基部件遭受雷击时的雷电流信息，并传送至所述第三中控单元(222)；

所述接地电阻模块(223)，用于监测风力发电机塔基接地电阻值的大小，所述第三中控单元(222)通过所述接地电阻模块(223)的测量值是否超过设定阈值而进行预警。

6.根据权利要求1所述的一种用于风电领域的防雷监测装置，其特征在于：所述雷电监测箱(2)与所述雷电监控中心(1)的通信方式采用有线网络或者无线网络通信。

7.根据权利要求1所述的一种用于风电领域的防雷监测装置，其特征在于：所述雷电监测箱(2)内设置有电源模块，用于为所述雷电监测箱(2)提供电源。