CN213743837U - 接闪器、防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统 - Google Patents

接闪器、防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统 Download PDF

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邓冶强
王羽
陈小月
文习山
蓝磊
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Abstract

公开了一种接闪器、防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统，所述接闪器上表面具有内凹的倒三角圆锥体结构，所述风力发电机叶片接闪系统包括：靠近叶尖端部金属材质的接闪盘；将叶尖端部与所述接闪盘之间的部分进行全包裹的金属材质的接闪帽；和所述的接闪器，多个所述接闪器沿叶片的叶尖至叶根方向安装，相邻所述接闪器之间的间距沿叶尖至叶根的方向逐渐增大，所述接闪器上沿与叶尖至叶根方向相交的方向铺设由耐腐蚀绝缘材料制成的接闪条，所述接闪器与内置在叶片中的引下线连接将雷击时所述接闪器上的电能通过所述引下线引向接地端。本申请可以解决高速旋转的风力发电机组叶片在接闪时，叶片表面容易出现雷电拉弧，导致叶片烧蚀损坏的问题。

Description

接闪器、防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统
技术领域
本申请涉及风力发电技术领域，特别是涉及接闪器、风力发电机叶片接闪系统。
背景技术
随着风力发电技术的不断发展，风机发电机组的单机容量不断扩大，而风力发电机组的叶片长度也逐渐加长。常规型叶片的长度已经达到50m以上，再加上轮毂的高度已经超过100m，风力发电机组的整体高度已经达到150m以上。这样的高度使风力发电机组在运行过程中存在较高的雷击风险，尤其是风力发电机组的叶片容易遭受雷击而损坏。
研究表明，在雷击发生时，叶尖接闪器处位置最先形成上行先导，成为初始的雷电附着点。随着叶片的转动，雷击电弧在叶片表面会形成类似于飞机上的电弧扫掠通道，扫掠通道出现在叶片的表面，其尾部逐渐移动到叶片的后缘，从而造成扫掠通道位置的叶片烧蚀，此过程将一直持续到雷击放电的结束。
由于上述原因，现有技术中风力发电机组的叶片防雷装置已经无法满足叶片的防雷要求。经过统计和调查，2011年到2015年，每1000台风力发电机组中有超过4％以上的遭受雷电而损坏，在雷击严重的年份这个比例甚至超过8％，最终导致风力发电机组的发电量受到严重损失，以及增加对叶片维修和更换的高额费用。
实用新型内容
本申请提供接闪器、防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统，以解决现有技术中高速旋转的风力发电机组叶片在接闪时，叶片表面容易出现雷电拉弧，导致叶片烧蚀损坏的问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种接闪器，所述接闪器上表面具有内凹的倒三角圆锥体结构。
在一些示例中，所述接闪器为圆柱形结构。
在一些示例中，所述接闪器的截面直径的取值范围为150mm到200mm。
在一些示例中，所述接闪器的长度取值范围为100mm到150mm。
在一些示例中，所述接闪器为不锈钢、铜合金、铝合金或钨合金材质。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统，包括：靠近叶尖端部金属材质的接闪盘；将叶尖端部与所述接闪盘之间的部分进行全包裹的金属材质的接闪帽；和上述第一方面所述的接闪器，多个所述接闪器沿叶片的叶尖至叶根方向安装，相邻所述接闪器之间的间距沿叶尖至叶根的方向逐渐增大，所述接闪器上沿与叶尖至叶根方向相交的方向铺设由耐腐蚀绝缘材料制成的接闪条，所述接闪器与内置在叶片中的引下线连接将雷击时所述接闪器上的电能通过所述引下线引向接地端。
在一些示例中，从叶尖至叶根方向相邻两个所述接闪器之间的间距成等比数列。
在一些示例中，叶片迎风面和背风面上的所述接闪器是一一对称的结构。
本申请的风力发电机叶片接闪系统具有如下效果：通过控制相邻接闪器的间距沿叶尖至叶根方向逐渐增大，对容易遭受雷击的叶尖位置进行重点防雷保护，可以有效降低叶片上因雷击而损坏的概率；在该叶片的迎风面和背风面上对称设置多个接闪器，全方面保护风力发电机组的叶片，提高叶片的接闪效果；将接闪器上表面的接闪点设计为倒三角圆锥结构，可以增加雷电电弧击中高速旋转的叶片接闪器后横向拉弧的距离，阻碍电弧横向移动，防止叶片损坏；在叶片的接闪器上紧贴地设置耐腐蚀、耐热的绝缘接闪条，可以对叶片容易产生拉弧现象的部位进行针对性保护，有效地提高了该叶片的防雷效果，减小叶片因雷害而损坏的概率，增加风力发电机组的正常运行时间，进而提高风力发电机组的发电量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1示出了根据本申请实施例的防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统示意图。
图2示出了根据本申请实施例的接闪器的结构示意图。
图3示出了图2所示的接闪器的正视图。
具体实施方式
图1展示了一种防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统，该叶片接闪系统可以安装在不同类型的风力发电机组叶片上，用于降低叶片在遭受雷击时损坏的风险，保证风力发电机组的正常运行，达到提高发电量的目的。如图1所示，所述风力发电机叶片接闪系统包括接闪器1、接闪帽2、接闪盘3、金属法兰4、接闪条5、引下线6。
叶片7上间隔安装有多个接闪器1，沿叶片7的叶尖至叶根方向安装。每个接闪器1上横向(与叶尖至叶根方向相交的方向)铺设由耐腐蚀绝缘材料制成的接闪条5。根据风力发电机组的雷击故障统计和相关数据分析，雷电击中叶片7的位置有超过90％的概率位于叶尖附近，且叶片7上的雷击概率沿叶尖至叶根的方向减小。因此，本申请通过控制相邻接闪器1之间的间距沿叶尖至叶根的方向逐渐增大，如图1中b1、b2、b3逐渐增大，使接闪器1的密集程度沿叶尖至叶根的方向逐渐减小。其中从叶尖至叶根方向相邻两个接闪器1之间的间距可成等比数列。由于接闪器1在叶尖附近位置密集程度较大，可以有效地对容易遭受雷击地叶尖位置进行保护，防止叶片7因叶尖位置受雷击而损坏。叶片7上远离叶尖的位置遭受雷击的概率较低，通过密集程度较低的接闪器1足以进行防雷接闪器，在保证防雷效果的前提下，节约制造成本。
此外，本申请还通过加装接闪帽2和接闪盘3，对叶片7容易遭受雷击的叶尖位置进行重点保护，保证叶尖在雷击时不会出现损坏，使风力发电机组正常运行。接闪盘3是叶尖内嵌孤立金属点，可采用圆形金属盘布置于靠近叶尖端部位置，金属盘可采用铜材质，可距离叶尖端部1cm。接闪帽2位于叶尖，采用金属箔将叶片端部与接闪盘3之间的部分进行全包裹，金属箔可采用铜材质。
叶片7的迎风面和背风面采用对称结构，均对称设置有多个如上所述的接闪器1，以使叶片1的迎风面和背风面都得到雷电防护。迎风面上的接闪器1与背风面上的接闪器1可以一一对应，相当于在迎风面和背风面上对称设置多个接闪器1。在安装叶片时，只需要计算迎风面和背风面中的一个对应的接闪器1的位置和数量，可以达到提高该叶片的安装效率的目的。
如图2所示，接闪器1采用圆柱形接闪器，一方面可以克服现有的带棱角的接闪器，如方形或菱形接闪器，在两边夹角的部位易损坏的问题，另一方面圆柱体上表面的接闪点采用倒三角圆锥体结构，可以增加雷电电弧击中高速旋转的叶片接闪器1后横向拉弧的距离，阻碍电弧横向移动，防止叶片损坏。该圆柱体是实心的，其尺寸不宜过大，以防止尺寸较大的接闪器1影响叶片7本身的气动性能；其尺寸也不宜过小，以防止尺寸过小的接闪器1承受不住雷击时的电流冲击。具体地，该改进型圆柱形接闪器1的截面直径的取值范围可为150mm到200mm，其长度的取值范围可为100mm到150mm，这样尺寸的接闪器1相比于现有技术中尺寸较小的接闪器，可以保证接闪器1在雷击时承受较大的电流冲击，不好出现损坏而影响接闪效果。
此外，接闪器1采用耐腐蚀导电材料制成，使接闪器1在风力发电机组运行周期(例如陆地风力发电机组的运行周期20年)内不受腐蚀而损坏，保证其导电性能的稳定，进而保证其防雷接闪性能的稳定。例如采用不锈钢材质制成的接闪器1，由于不锈钢具有熔点高、耐腐蚀等优点，可以较大程度地避免接闪器1的损坏问题，减小对其防雷接闪性能的影响。接闪器1还可以选用其他耐腐蚀导电材料，例如铜合金、铝合金、钨合金等材料。
如图3所示，接闪器1上固定连接有接线板8，便于与引下线6(嵌入叶片内部的铜线)相连接，起到将雷电流导入大地的作用。接线板8可采用与接闪器1相同的材质制成，可以与接闪器1一体成型，也可以单独成型后将二者固定连接。在将接闪器1安装到叶片7上时，可以通过接线板8安装在叶片7上，通过接线板8与叶片7上的内部引下线6连接(例如，通过在接线板8上设置圆形通孔作为接线孔，与内置在叶片7中的引下线6连接)，将雷击时接闪器1上的电能通过引下线6引向叶根金属法兰4，并最终引向接地端。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分操作组合成新的部件，以实现本发明的目的。

Claims (8)

1.一种接闪器，其特征在于，所述接闪器上表面具有内凹的倒三角圆锥体结构。
2.根据权利要求1所述的接闪器，其特征在于，所述接闪器为圆柱形结构。
3.根据权利要求2所述的接闪器，其特征在于，所述接闪器的截面直径的取值范围为150mm到200mm。
4.根据权利要求2所述的接闪器，其特征在于，所述接闪器的长度取值范围为100mm到150mm。
5.根据权利要求1所述的接闪器，其特征在于，所述接闪器为不锈钢、铜合金、铝合金或钨合金材质。
6.一种防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统，其特征在于，包括：靠近叶尖端部金属材质的接闪盘；将叶尖端部与所述接闪盘之间的部分进行全包裹的金属材质的接闪帽；和权利要求1-5任一项所述的接闪器，多个所述接闪器沿叶片的叶尖至叶根方向安装，相邻所述接闪器之间的间距沿叶尖至叶根的方向逐渐增大，所述接闪器上沿与叶尖至叶根方向相交的方向铺设由耐腐蚀绝缘材料制成的接闪条，所述接闪器与内置在叶片中的引下线连接将雷击时所述接闪器上的电能通过所述引下线引向接地端。
7.根据权利要求6所述的防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统，其特征在于，从叶尖至叶根方向相邻两个所述接闪器之间的间距成等比数列。
8.根据权利要求6所述的防雷电拉弧的风力发电机叶片接闪系统，其特征在于，叶片迎风面和背风面上的所述接闪器是一一对称的结构。
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