CN217813770U - 风力发电机组抑制雷电综合防护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风力发电机组抑制雷电综合防护系统，包括风电机机仓、风电机叶片、接闪器、接闪器引下线、叶片法兰盘，所述接闪器安装于风电机叶片尖端，接闪器引下线接地，其还包括多级电离消电荷防雷装置、风电机叶片抑制雷电流装置及接闪器引下线残余电能监测装置；在接闪器引下线下段安装接闪器引下线残余电能监测装置，接闪器引下线残余电能监测装置包括电压、电流传感器及控制单元，电压、电流传感器实时监测出现雷电时泄放入地残余电流电压值，传输至控制单元进行记录。本实用新型配备雷电实时监测装置，可以随时监测到雷云经过本站时防雷接闪器引下线上残余雷电流情况，并自动传输至监测平台，实时掌握雷云动态和本防雷装置工作状况。

Description

风力发电机组抑制雷电综合防护系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组雷电防护装置领域，特别是一种风力发电机组抑制雷电综合防护系统。

背景技术

风力发电是目前公认的最具备大规模开发的可再生清洁能源。特别适用于我国复杂的地理、地形和气候条件，近年来得到了迅猛发展。但遭受雷击损害已经成为风电行业公认的最大危害！其主要原因如下：

(一)、高度增高。为了吸收更多的风能，轮毂高度和叶轮高度直经随之增大增高。兆瓦级的风电机叶片顶端高度已经达到150米以上。整体风力发电机组暴露在直击雷威胁之下，被雷电直接击中的概率是与该物体高度的平方值成正比的！

(二)、风电场的选址多为雷电多发区域。风电场一般都选择在风资源丰富的高原、沿海、山口等雷电活动多发区域，这就增加了其遭受雷击的风险。

(三)、现行防雷技术是依据美国科学家福兰克林1752年发明的“将雷电流全部接闪引导入地”理论制定的。该技术要求接闪器、接闪器引下线、接地装置三者之间必须紧密衍接保持低接地电阻值，才能保证雷电流通畅泄放入地。而风力发电机桨叶时刻处于摆动旋转状态。当遇有接闪超强雷电流时，其转动部位(一般采用齿轮或导电碳刷或间隙放电桥接方式)的阻抗会瞬间增大，障碍雷电流顺畅通过，从而产生转动部位的电腐蚀或叶片损坏等雷击损害事故。

(四)、有些风电场的地理位置和高电阻地质条件，存在接地装置施工困难问题。有些地质条件，既使按防雷规范规定做到了低接地电阻值，但随着时间变化接地电阻也会不断升高，同样造成雷电流泄放受阻而引发雷击事故。

综上所述，风力发电机组的雷击事故是因为瞬间泄放的雷电流强度过大；以及转动部位与接地部位电阻值过高引起的。因此，需要研发一种有别于“将雷电流全部泄放入地”的理论和技术，从降低局部空间电场强度和消减雷电流强度两个方面着手，完全实现对风电机组的防雷安全保护的综合防护系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种解决现行的防雷技术不能解决的风力发电机组遭受雷击损害这一世界性难题，提供一种抑制雷电现象的发生和既使发生高强度雷电，风机叶片发生接闪，也可以将强雷电流大幅度消减为弱电流，顺畅泄放入地的风力发电机组抑制雷电综合防护系统。

本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种风力发电机组抑制雷电综合防护系统，包括风电机机仓、风电机叶片、接闪器、接闪器引下线、叶片法兰盘，所述接闪器安装于风电机叶片尖端，接闪器引下线接地，其特征在于：还包括多级电离消电荷防雷装置、风电机叶片抑制雷电流装置及接闪器引下线残余电能监测装置；

多级电离消电荷防雷装置安装在风电机机仓顶部的尾端位置，所述接闪器引下线包括接闪器引下线上段及接闪器引下线下段，多级电离消电荷防雷装置与接闪器引下线下段连接；

在每个风电机叶片上安装风电机叶片抑制雷电流装置，风电机叶片抑制雷电流装置包括雷云电荷引聚单元、板式多级电离处理单元及异性电荷引聚与残余电流泄放单元，雷云电荷引聚单元固定安装于风力发电机叶片尖端或叶片主体外壁上的接闪器上，所述板式多级电离处理单元及异性电荷引聚与残余电流泄放单元通过绝缘主板安装于风力发电机叶片根部的叶片法兰盘上，所述接闪器引下线上段的一端连接接闪器，另一端连接至板式多级电离处理单元的升压稳压器的接闪器引下线的上接入点，所述接闪器引下线下段的一端连接异性电荷引聚与残余电流泄放单元的接闪器引下线下接入点，另一端与法兰盘连接，法兰盘下传至接地；

在接闪器引下线下段安装接闪器引下线残余电能监测装置，接闪器引下线残余电能监测装置包括电压、电流传感器及控制单元，电压、电流传感器实时监测出现雷电时泄放入地的残余电流电压值，并传输至控制单元进行记录。

而且，所述控制单元包括对泄放入地的残余电流次数进行记录的计次模块。

而且，所述多级电离消电荷防雷装置包括雷云底部电荷引聚单元、多级电离处理单元及地面异性电荷引聚单元；

所述雷云底部电荷引聚单元包括引聚雷云电荷网针盘、第一引聚电荷金属针组及固定及电荷传导杆，在引聚雷云电荷网针盘上方固定安装向上的第一引聚电荷金属针组，引聚雷云电荷网针盘固定于一组固定及电荷传导杆上；

所述多级电离处理单元包括中心绝缘柱、至少两层电离极板及绝缘层，各层电离极板之间设置绝缘层，电离极板及绝缘层均固定安装于中心绝缘柱上，最上层电离极板与雷云底部电荷引聚单元的固定及电荷传导杆下端固定安装；

所述地面异性电荷引聚单元包括引聚地面异性电荷网针盘、第二引聚电荷金属针组，引聚地面异性电荷网针盘与多级电离处理单元的最下层电离极板固定安装，在引聚地面异性电荷网针盘下表面固定安装第二引聚电荷金属针组。

而且，所述多级电离消电荷防雷装置安装高度应高于风电机机仓顶部的风速计1.5米以上。

本实用新型的优点和有益效果为：

1、本实用新型的风力发电机组抑制雷电综合防护系统，多级电离消电荷防雷装置安装在风电机机仓顶部的尾端位置，安装高度应高于机仓顶部风速计1.5米以上，且在可能的条件下，越高越好，其主要作用是当雷云移近本地时，空间电场随之升高；本多级电离消电荷防雷装置通过分别引聚雷云底部电荷和低层感应产生的异性电荷至本装置的多级电离处理单元中，利用雷云电荷自身能量对空气介质进行电离，从而产生带有正、负电荷的空气离子，这些新产生的正、负离子在雷电发生前的较强空间电场力作用下，加速运动与雷云电荷和低层异性电荷中合，减弱局部电场强度，阻断雷电先导贯通，从而大幅度降低风电机组遭受雷击的风险。

2、本实用新型的风力发电机组抑制雷电综合防护系统，在每个风电机叶片上安装风电机叶片抑制雷电流装置，当遇有超强雷云时，叶片顶端接闪器部位的空间电场可能发生畸变接闪。所以在每个风电机叶片上加装本人"风力发电机叶片抑制雷电流强度装置"(已申报专利)以应对叶片接闪产生的瞬间强电流。该装置是利用雷电流的能量对空气介质电离做功的方式，消耗掉雷电流99％以上的电能。经该装置消减后，只有小于120伏特的残余电流向下泄放。可以保护雷电流入地泄放过程中，经过的叶片转动部位时顺畅通过，以免遭受雷击损害。

3、本实用新型的风力发电机组抑制雷电综合防护系统，在风力发电机组塔架底部的防雷接闪器引下线下端安装接闪器引下线残余电能监测装置，接闪器引下线残余电能监测装置包括电压电流监测传感器及计数器，可实时监测出现雷电时，泄放入地的残余电压电流情况，记录并转送至监测平台。以便随时掌握本区域雷电活动和本系统接闪残余雷电流情况。

4、本实用新型的风力发电机组抑制雷电综合防护系统，实现了风力发电机组防雷的理论和技术创新，其有别于"将全部雷电流引导入地"的传统防雷理论和技术。它是采取利用雷云电荷自身电能，对空气介质进行电离。在消耗雷云电荷电能的同时，经电离产生的带有正、负电荷的空气离子在电场力作用下与雷云经过时，原带有的正、负电荷加速中合，还原成中性空气，从而降低风电机组局部的电场强度，避免风电机组遭受直击雷风险。

5、本实用新型的风力发电机组抑制雷电综合防护系统，由于风电机叶片顶端接闪器的高度远高于机仓顶部安装的"多级电离消电荷防雷装置"。故当遇有超强度雷云时，叶片顶端仍存在接闪的可能性！故在每个叶片上加装了"风力发电机叶片抑制雷电流强度装置"可将叶片接闪的雷电流强度消减至小于120伏特的弱电流，保护风电机叶片以及各旋转部位免受雷击损害。

6、本实用新型的风力发电机组抑制雷电综合防护系统，经第三方权威机构测试:本防雷系统接闪器引下线接地电阻可放宽至500欧姆。适用于各类复杂地质条件。

7、本实用新型的风力发电机组抑制雷电综合防护系统，是针对风电机组的结构特点设计的，具有改造安装施工方便的特点。

8、本实用新型的风力发电机组抑制雷电综合防护系统，设计合理、牢固耐用、无须电源供给。使用寿命大于20年，且成本低廉。

9、本实用新型的风力发电机组抑制雷电综合防护系统，配备的雷电实时监测装置，可以随时监测到雷云经过本站时防雷接闪器引下线上残余雷电流情况，并自动传输至监测平台，实时掌握雷云动态和本防雷装置工作状况。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的多级电离消电荷防雷装置的结构示意图；

图3为本实用新型的雷云电荷引聚单元的结构示意图；

图4为本实用新型的板式多级电离处理单元及异性电荷引聚与残余电流泄放单元组合件的结构示意图；

图5为本实用新型的风电机叶片抑制雷电流装置的安装示意图。

附图标记说明

1-多级电离消电荷防雷装置、2-风电机机仓、3-接闪器、4-接闪器引下线、5-风电机叶片、6-接闪器引下线上段、7-叶片法兰盘、8-风电机叶片抑制雷电流装置、9-接闪器引下线下段、10-接闪器引下线残余电能监测装置、11-引线、12-引聚雷云电荷网针盘、13-第一引聚电荷金属针组、14-固定及电荷传导杆、15-中心绝缘柱、16-电离极板、17-绝缘层、18-引聚地面异性电荷网针盘、19-第二引聚电荷金属针组、20-雷云电荷引聚单元、21-板式多级电离处理单元及异性电荷引聚与残余电流泄放单元组合件、22-支撑柱体、23-升压稳压器与引下线上段接入点、25-与机仓固定法兰盘。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种风力发电机组抑制雷电综合防护系统，如图1所示，包括风电机机仓2、风电机叶片5、接闪器3、接闪器引下线4、叶片法兰盘7，接闪器安装于风电机叶片尖端，接闪器与接闪器引下线连接，接闪器引下线经叶片法兰盘后接地。

还包括多级电离消电荷防雷装置1、风电机叶片抑制雷电流装置8及接闪器引下线残余电能监测装置10。为便于多级电离消电荷防雷装置1、风电机叶片抑制雷电流装置8与接闪器引下线串接，需先将接闪器引下线断开，形成接闪器引下线上段6及接闪器引下线下段9。

多级电离消电荷防雷装置安装在风电机机仓顶部的尾端位置，多级电离消电荷防雷装置与接闪器引下线下段连接。安装高度应高于机仓顶部风速计1.5米以上。且在可能的条件下，越高越好。

多级电离消电荷防雷装置包括雷云底部电荷引聚单元、多级电离处理单元及地面异性电荷引聚单元，如图2所示。

雷云底部电荷引聚单元包括引聚雷云电荷网针盘12、第一引聚电荷金属针组13及固定及电荷传导杆14，在引聚雷云电荷网针盘上方固定安装向上的第一引聚电荷金属针组，引聚雷云电荷网针盘固定于一组固定及电荷传导杆上。

多级电离处理单元包括中心绝缘柱15、至少两层电离极板16及绝缘层17，各层电离极板之间设置绝缘层，电离极板及绝缘层均固定安装于中心绝缘柱上，最上层电离极板与雷云底部电荷引聚单元的固定及电荷传导杆下端固定安装；

地面异性电荷引聚单元包括引聚地面异性电荷网针盘18、第二引聚电荷金属针组19，引聚地面异性电荷网针盘与多级电离处理单元的最下层电离极板固定安装，在引聚地面异性电荷网针盘下表面固定安装第二引聚电荷金属针组。

引聚地面异性电荷网针盘通过引线11与接闪器引下线下段进行连接。中心绝缘柱通过支撑柱体22与风电机机仓固定安装。

在每个风电机叶片上安装风电机叶片抑制雷电流装置，风电机叶片抑制雷电流装置包括雷云电荷引聚单元20、板式多级电离处理单元及异性电荷引聚与残余电流泄放单元组合件21，如图3所示。雷云电荷引聚单元固定安装于风力发电机叶片尖端或叶片主体外壁上的接闪器上，板式多级电离处理单元及异性电荷引聚与残余电流泄放单元组合件21，通过绝缘主板安装于风力发电机叶片根部的叶片法兰盘上。接闪器引下线包括接闪器引下线上段及接闪器引下线下段，所述接闪器引下线上段的一端连接接闪器，另一端连接至板式多级电离处理单元的升压稳压器的接闪器引下线的上接入点23。接闪器引下线下段与法兰盘连接，法兰盘下传至接地。既：将叶片原有的接闪器引下线断开，串联通过本板式电离处理单元。

在接闪器引下线下段安装接闪器引下线残余电能监测装置，接闪器引下线残余电能监测装置包括电压、电流传感器及控制单元，电压、电流传感器实时监测出现雷电时泄放入地的残余电流电压值，并传输至控制单元进行记录。电压、电流传感器可采用虹润电压电流传感器4-20ma电量变送器模块，并通过无线或有线方式与控制单元进行信号连接。控制单元包括对泄放入地的残余电流次数进行记录的计次模块。

尽管为说明目的公开的本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解，在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种风力发电机组抑制雷电综合防护系统，包括风电机机仓(2)、风电机叶片(5)、接闪器(3)、接闪器引下线(4)、叶片法兰盘(7)，所述接闪器(3)安装于风电机叶片(5)尖端，接闪器引下线(4)接地，其特征在于：还包括多级电离消电荷防雷装置(1)、风电机叶片(5)抑制雷电流装置及接闪器引下线(4)残余电能监测装置(10)；

多级电离消电荷防雷装置(1)安装在风电机机仓(2)顶部的尾端位置，所述接闪器引下线(4)包括接闪器引下线上段(6)及接闪器引下线下段(9)，多级电离消电荷防雷装置(1)与接闪器引下线下段(9)连接；

在每个风电机叶片(5)上安装风电机叶片(5)抑制雷电流装置，风电机叶片(5)抑制雷电流装置包括雷云电荷引聚单元(20)、板式多级电离处理单元及异性电荷引聚与残余电流泄放单元，雷云电荷引聚单元(20)固定安装于风力发电机叶片尖端或叶片主体外壁上的接闪器(3)上，所述板式多级电离处理单元及异性电荷引聚与残余电流泄放单元通过绝缘主板安装于风力发电机叶片根部的叶片法兰盘(7)上，所述接闪器引下线上段(6)的一端连接接闪器(3)，另一端连接至板式多级电离处理单元的升压稳压器的接闪器引下线(4)的上接入点，所述接闪器引下线下段(9)的一端连接异性电荷引聚与残余电流泄放单元的接闪器引下线下接入点(23)，另一端与法兰盘连接，法兰盘下传至接地；

在接闪器引下线(4)下段安装接闪器引下线(4)残余电能监测装置(10)，接闪器引下线(4)残余电能监测装置(10)包括电压、电流传感器及控制单元，电压、电流传感器实时监测出现雷电时泄放入地的残余电流电压值，并传输至控制单元进行记录。

2.根据权利要求1所述风力发电机组抑制雷电综合防护系统，其特征在于：所述控制单元包括对泄放入地的残余电流次数进行记录的计次模块。

3.根据权利要求1所述风力发电机组抑制雷电综合防护系统，其特征在于：所述多级电离消电荷防雷装置(1)包括雷云底部电荷引聚单元、多级电离处理单元及地面异性电荷引聚单元；

所述雷云底部电荷引聚单元包括引聚雷云电荷网针盘(12)、第一引聚电荷金属针组(13)及固定及电荷传导杆(14)，在引聚雷云电荷网针盘(12)上方固定安装向上的第一引聚电荷金属针组(13)，引聚雷云电荷网针盘(12)固定于一组固定及电荷传导杆(14)上；

所述多级电离处理单元包括中心绝缘柱(15)、至少两层电离极板(16)及绝缘层(17)，各层电离极板(16)之间设置绝缘层(17)，电离极板(16)及绝缘层(17)均固定安装于中心绝缘柱(15)上，最上层电离极板(16)与雷云底部电荷引聚单元的固定及电荷传导杆(14)下端固定安装；

所述地面异性电荷引聚单元包括引聚地面异性电荷网针盘(18)、第二引聚电荷金属针组(19)，引聚地面异性电荷网针盘(18)与多级电离处理单元的最下层电离极板(16)固定安装，在引聚地面异性电荷网针盘(18)下表面固定安装第二引聚电荷金属针组(19)。

4.根据权利要求1所述风力发电机组抑制雷电综合防护系统，其特征在于：所述多级电离消电荷防雷装置(1)安装高度应高于风电机机仓(2)顶部的风速计1.5米以上。

Images