JP2019039411A - Windmill having soundness detection system of down conductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、健全性検出システムを有する風車に関し、特に風力発電設備の健全性検出システムを有する風車翼(ブレード)の落雷対策に関する。 The present invention relates to a windmill having a soundness detection system, and more particularly to measures against lightning strikes on windmill blades (blades) having a soundness detection system for wind power generation facilities.
近年、風力発電設備は大きな電力を得るため、健全性検出システムを有する風車を大型化する傾向にある。風力発電設備の高さは、地上に建設される場合でも、高いものでは100m以上になり、健全性検出システムを有する風車翼(ブレード)の直径も80m以上にもなる。また、洋上に建設される場合は、風力発電設備の高さが180m以上のものも開発されている。 In recent years, wind power generation facilities tend to increase the size of wind turbines having soundness detection systems in order to obtain large electric power. The height of the wind power generation equipment is 100 m or more at a high height even when constructed on the ground, and the diameter of the wind turbine blade (blade) having the soundness detection system is also 80 m or more. In the case of construction on the ocean, wind turbines with a height of 180 m or more have been developed.
このように風力発電設備の大型化が進み、健全性検出システムを有する風車の地上高(海上高)が高くなることに伴い、ブレードの落雷の被害割合が高くなっている。 As the wind power generation facilities increase in size and the ground height (sea level) of a wind turbine having a soundness detection system increases, the damage ratio of lightning strikes on the blades increases.
ブレードに落雷被害を受けると、電力の発電に直接的な影響があるので、ブレードの落雷対策が必要となる。落雷対策としては、ブレードのサイズに応じて複数のレセプタを設置したり、ブレードの先端部分・エッジ部分にレセプタを配置するなどが行われている。そして、このレセプタで着雷を受けた雷電流を安全に大地に放電できる設備構造のダウンコンダクタ(引き下げ導線)が設けられている。 When a blade is subjected to lightning strikes, there is a direct impact on power generation, so it is necessary to take measures against lightning strikes on the blade. As measures against lightning strikes, a plurality of receptors are installed according to the size of the blade, and receptors are arranged at the tip and edge portions of the blade. And the down conductor (down conductor) of the equipment structure which can discharge the lightning current lightning received by this receptor to the earth safely is provided.
特にブレードは、ダウンコンダクタが十分に機能していない場合、焼損や折損等の重大な事故となることが多く、ダウンコンダクタの健全性の把握は重要である。しかしながら、ダウンコンダクタの健全性を直接把握できる装置がなく、年に1回程度、高所作業車等によりブレード表面から目視により検査し、状況に応じてブレードを切断しダウンコンダクタの状況を把握している。このため、落雷毎にダウンコンダクタの健全性が把握できる装置が必要とされている。 In particular, when the down conductor does not function sufficiently, blades often cause serious accidents such as burnout and breakage, and it is important to grasp the soundness of the down conductor. However, there is no device that can directly grasp the soundness of the down conductor. About once a year, the surface of the blade is visually inspected by an aerial work vehicle, etc., and the blade is cut according to the situation to grasp the state of the down conductor. ing. For this reason, a device capable of grasping the soundness of the down conductor for each lightning strike is required.
ブレードの落雷対策の例としては、例えば、特許文献1には、導電性を有するCFRP複合材から構成されるブレードの複数箇所に温度センサを設けて、各温度センサによりブレード(CFRP)の所定期間内の温度を計測し、計測した温度情報と閾値(複合材の樹脂材の熱影響を受ける温度に基づいて決定される値)とを比較し、温度情報が閾値以上になった場合に、CFRP(ブレード)が落雷により損傷していると判定する装置が挙げられる。
As an example of measures against lightning strikes on a blade, for example, in
また、特許文献2として、ブレードの先端部に設けた導電性のレセプタと、レセプタに接続され、落雷により一時的に発生する落雷電流を接地部に導く2本のダウンコンダクタとを設け、1本のダウンコンダクタにパルス電圧を印加し、2本のダウンコンダクタに設けた光ファイバー電流センサによりダウンコンダクタの正常、断線、融着を検出し、ダウンコンダクタの健全性を図る健全性評価システムが開示されている(段落 〜 )。
Further, as
しかし、特許文献1では、導電性のCFRP複合材料からなるブレードの落雷対策であり、ダウンコンダクタの健全性については考慮されていなかった。
However,
また、特許文献2では、ダウンコンダクタの健全性を、ダウンコンダクタの細かな位置まで確認するような健全性評価は考慮されていなかった。
Moreover, in
本発明の目的は、落雷毎にダウンコンダクタの各々の位置における最大温度を計測可能とし、ダウンコンダクタの健全性検出システムを有する健全性検出システムを有する風車を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a wind turbine having a health detection system that can measure the maximum temperature at each position of the down conductor for each lightning strike and has a health detection system for the down conductor.
本発明の他の目的は、ダウンコンダクタのメンテナンス性を向上させるダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a wind turbine having a down conductor soundness detection system that improves the maintainability of the down conductor.
上記課題を解決するために本発明において、以下のダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車を提供する。すなわち、第一の発明として、ハブと、ハブに支えられる複数のブレードと、ハブを軸支するローター軸と、ローター軸を格納するナセルと、ナセルを支持するタワーと、からなり、前記各ブレードには、レセプタと、レセプタからハブにわたって設けられるダウンコンダクタと、ダウンコンダクタの略全長にわたって平行かつ連続的に配置される複数の温度センサからなるセンサアレイを備えたダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車(請求項1対応)。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a wind turbine having the following down conductor soundness detection system. That is, as the first invention, each of the blades includes a hub, a plurality of blades supported by the hub, a rotor shaft that supports the hub, a nacelle that stores the rotor shaft, and a tower that supports the nacelle. Has a down conductor health detection system including a receptor, a down conductor provided from the receptor to the hub, and a sensor array including a plurality of temperature sensors arranged in parallel and continuously over substantially the entire length of the down conductor. Windmill (corresponding to claim 1).
前記特徴に加え、前記ダウンコンダクタの健全性検出システムのセンサアレイの各センサは、温度センサとして、温度情報を取得するための測定用抵抗線を用いる請求項1に記載のダウンコンダクタ健全性検出システムを有する風車(請求項2対応)。
2. The down conductor health detection system according to
前記特徴に加え、前記センサアレイはブレード内にて絶縁性シースに収納されている請求項1又は請求項2に記載のダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車(請求項3対応)。 The wind turbine having the down-conductor health detection system according to claim 1 or 2, wherein the sensor array is housed in an insulating sheath in a blade.
前記特徴に加え、前記絶縁性シースは、フレキシブルメタルホースに収納されている請求項3に記載のダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車(請求項4対応)。
The wind turbine having the down conductor soundness detection system according to
前記特徴に加え、前記ダウンコンダクタの健全性検出システムは、測定用抵抗線の抵抗値情報をブレード内での位置と関連付けて取得する位置付抵抗値取得部と、位置付抵抗値取得部から取得される抵抗値情報に基づく温度情報を前記位置と測定時刻に関連付けた情報である温度変化情報として記録する温度変化情報記録部とをさらに有する請求項2から請求項4のいずれか一に記載のダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車(請求項5対応)。 In addition to the above features, the down-conductor soundness detection system acquires the resistance value information of the resistance wire for measurement in association with the position in the blade, and the position-based resistance value acquisition unit. The temperature change information recording part which records the temperature information based on the resistance value information performed as temperature change information which is the information linked | related with the said position and measurement time, It further has any 1 item | term of Claim 4 A wind turbine having a down conductor soundness detection system (corresponding to claim 5).
前記特徴に加え、前記ダウンコンダクタの健全性検出システムは、ブレードに対する落雷又は、ブレードに対する落雷によって生じた傷の画像又は/及び映像と、時刻情報と、を関連付けた情報であるである落雷ポジション情報を取得する落雷ポジション情報取得部をさらに有する請求項2から請求項5のいずれか一に記載のダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車(請求項6対応)。
In addition to the above feature, the down-conductor health detection system is a lightning strike position information which is information relating a lightning strike to a blade or an image or / and video of a wound caused by a lightning strike to a blade and time information. A windmill having the down-conductor soundness detection system according to any one of
前記特徴に加え、前記ダウンコンダクタの健全性検出システムは、時刻情報入力部と、入力された時刻情報に基づいて温度変化情報と落雷ポジション情報とからなる観察情報を出力する観察情報出力部をさらに有する請求項6に記載のダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車(請求項7対応)。 In addition to the above features, the down-conductor health detection system further includes a time information input unit, and an observation information output unit that outputs observation information including temperature change information and lightning position information based on the input time information. A wind turbine having the down conductor soundness detection system according to claim 6 (corresponding to claim 7).
請求項1から請求項7に記載のダウンコンダクタの健全性検出システム(請求項8対応)。 A down conductor soundness detection system according to claim 1 (corresponding to claim 8).
上述した構成によれば、落雷毎にダウンコンダクタの各々の位置における最大温度を計測可能とし、ダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車を提供することができる。また、ダウンコンダクタのメンテナンス性を向上させるダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車を提供することができる。 According to the configuration described above, it is possible to provide a wind turbine having a down conductor soundness detection system that can measure the maximum temperature at each position of the down conductor for each lightning strike. In addition, it is possible to provide a wind turbine having a down conductor soundness detection system that improves the maintainability of the down conductor.
以下に、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。
<実施形態1>
<実施形態1 概要>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the spirit of the present invention.
<
<Overview of
本願発明は大型風車等の落雷電流を接地させるためのダウンコンダクタの健全性を検出するシステムであり、具体的には、各ブレードのダウンコンダクタに沿って各位置に応じて多数の温度検出センサを並べることで、ダウンコンダクタの全長にわたって落雷によるダウンコンダクタの破損状況を把握可能とするものである。
<実施形態1 構成>
The present invention is a system for detecting the soundness of a down conductor for grounding a lightning current such as a large windmill. Specifically, a large number of temperature detection sensors are provided according to each position along the down conductor of each blade. By arranging them, it is possible to grasp the damage state of the down conductor due to lightning over the entire length of the down conductor.
<Configuration of
図1に示すように、風車は構成されている。まず、本件発明を説明する前提として風車の全体構成を説明する。本実施形態1の健全性検出システムを有する風車は、例えば風力発電設備0100において、3枚のブレード0101からなる健全性検出システムを有する風車ブレード、ブレード0101の回転中心に備えられた先端ハブ0102、ローター軸0103に動力伝達軸0112を通じて増速機0104、ブレーキ装置0105、発電機0106が備えられている。ここで、ローター軸0103と、動力伝達軸0112と、増速機0104と、ブレーキ装置0105と、発電機0106とをナセル0107に備えられている。ブレード0103の羽根の部分に風が当たると、ブレードが回転し、増速機0104のギヤで回転数を上げ、回転速度を速めて、発電機0106で発電する。この発電された電気はタワー0108を通って変圧器0109で昇圧され、系統連系保護装置0110や電力系統0111から送電線や配電線を通じて電気(電力)が供給される。
以下では、ブレードの長さは、約40m程度のものを想定して説明するが、当然これも限定されるものではない。
As shown in FIG. 1, the windmill is configured. First, the whole structure of a windmill is demonstrated as a premise which demonstrates this invention. A windmill having a health detection system according to the first embodiment includes, for example, a windmill blade having a health detection system including three
In the following description, the length of the blade is assumed to be about 40 m, but this is of course not limited.
図2は、本件発明の機能ブロック図である。図2に示すように、実施形態1のダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車0200は、ハブ0203と、複数のブレード0201、0202と、ローター軸0205と、ナセル0204と、タワー0206と、からなり、前記各ブレード0201、0202には、レセプタ0207、0208と、ダウンコンダクタ0211、0221と、複数の温度センサからなるセンサアレイ0212、0222を備えている。このブレードに備えられている部分が主にダウンコンダクタの健全性検出システム0210を構成する。また、温度センサは、測定用抵抗線であってもよい。抵抗値の変化で温度の変化を測定するのである。
FIG. 2 is a functional block diagram of the present invention. As shown in FIG. 2, the
図3はこれを示したものであるが、相違点は、ブレードに備えられている温度センサアレイが具体的に測定用抵抗線である点であり、その他の点は図2のものと共通である。以下の構成の説明では、図2を中心に説明することとし、適宜図3の測定用抵抗線0312を参照して説明する。
<実施形態1 構成の説明>
<実施形態1 構成 ハブ 全体>
FIG. 3 shows this, but the difference is that the temperature sensor array provided in the blade is specifically a resistance wire for measurement, and the other points are the same as those in FIG. is there. In the following description of the configuration, description will be made with reference to FIG. 2 as appropriate, with reference to the
<Description of Configuration of
<
「ハブ」0203は、内部には複数の温度センサからなるセンサアレイに接続された信号集約装置が備えらえている。センサアレイのセンサ数は一つのブレードでも数十に及ぶために、その各配線をハブからさらにナセル内に配線することは煩雑になるからである。信号集約装置は、半導体による電気回路切り替えスイッチや、プリント基板上に構成されるスイッチ回路でよく、例えばマルチプレクサが該当するがこれに限定されるものではない。また、ハブには、電気回路の切り替えスイッチの他に、信号をデジタル化するアナログデジタル変換回路を有していることが好ましい。アナログ信号の温度情報への変換はこのハブ内に備えられた素子で変換することが好ましい。一例としてはホイートストンブリッジを用いることが考えられるがこれに限定されるものではない。
<実施形態1 構成 ブレード>
The “hub” 0203 includes a signal aggregation device connected to a sensor array including a plurality of temperature sensors. This is because the number of sensors in the sensor array reaches several tens even with one blade, and it is complicated to wire each wiring from the hub into the nacelle. The signal aggregating apparatus may be a semiconductor electric circuit changeover switch or a switch circuit configured on a printed circuit board, and corresponds to, for example, a multiplexer, but is not limited thereto. Moreover, it is preferable that the hub has an analog-digital conversion circuit for digitizing a signal in addition to an electric circuit changeover switch. The analog signal is preferably converted into temperature information by an element provided in the hub. As an example, it is conceivable to use a Wheatstone bridge, but the present invention is not limited to this.
<
「ブレード」0201、0202は、ハブ0203に支えられた羽根であり、風の力を回転力に変換する役割を担う。ブレードは、一般には風の強さに応じて迎え角を変更できるように構成されており、風の力を有効に回転力に変換する多くの工夫がなされている。ブレードの表面素材は強化プラスティック等であり、非導電材である。またブレードは大きな応力を受けるために構造的に強固に作られており、炭素繊維強化や、ガラス繊維強化がなされている。
“Blades” 0201 and 0202 are blades supported by the
ブレードの問題点は落雷に弱い点であり、通常落雷電流を接地するためにダウンコンダクタがブレードの長手方向にわたって組み込まれている。材料は導電性のよい材料であり、銅合金が一般的である。銅合金の構造としては、落雷が多い地域では、電荷量が300クローンに耐える仕様を満足するものとする。ただし、導電性がよいので融点は低く、落雷の昇温によって構造的に弱くなるリスクが常に付きまとう。 The problem with blades is that they are vulnerable to lightning strikes, and usually down conductors are incorporated along the length of the blades to ground the lightning current. The material is a material having good conductivity, and a copper alloy is generally used. As for the structure of the copper alloy, in a region where lightning strikes frequently, the specification is such that the charge amount can withstand 300 clones. However, because of its good electrical conductivity, its melting point is low, and there is always a risk of structural weakening due to the temperature rise of lightning.
ダウンコンダクタは、落雷を意図的に導くためのレセプタという部分と電気的に接続されており、これによってブレードの非導電材料表面への落雷確率を小さくしている。また、このレセプタは一般にブレードの先端部分に配置されるが、非導電性表面への落雷を少しでも少なくする意図でブレードの先端以外の途中部分などに配置される場合もある。
<実施形態1 構成 ハブ ダウンコンダクタ健全性システム部分>
<センサアレイ>
The down conductor is electrically connected to a part called a receptor for intentionally guiding lightning strikes, thereby reducing the probability of lightning strikes to the surface of the non-conductive material of the blade. In addition, this receptor is generally disposed at the tip portion of the blade, but there are also cases where it is disposed at a middle portion other than the tip of the blade with the intention of reducing lightning strike to the non-conductive surface as much as possible.
<
<Sensor array>
各ブレードには、図4に示すように、前述のレセプタと、レセプタからハブにわたって設けられるダウンコンダクタと、ダウンコンダクタの略全長にわたって平行かつ連続的に配置される複数の温度センサからなるセンサアレイを備えている。センサアレイはそれぞれのセンサアレイが信号処理側においてどの位置のセンサであるかを一つ一つ識別可能に設けられている。例えば、何番目のブレードの先端位置から何メートルの位置に備えられたセンサであるかがわかるように信号処理される。 As shown in FIG. 4, each blade includes a sensor array including the above-described receptor, a down conductor provided from the receptor to the hub, and a plurality of temperature sensors arranged in parallel and continuously over substantially the entire length of the down conductor. I have. The sensor array is provided so that each sensor array can be identified one by one on which position the sensor array is on the signal processing side. For example, signal processing is performed so that it can be understood how many meters from the tip position of the blade the sensor is provided.
ダウンコンダクタとセンサアレイとは絶縁された状態で構成される。センサアレイに落雷電流の侵入をできるだけ避けるように構成するためである。 The down conductor and the sensor array are configured in an insulated state. This is because the sensor array is configured to avoid lightning current intrusion as much as possible.
センサアレイのセンサは各種の物が利用可能であるが、その一つは測定用抵抗線である。その他に熱電対センサ、半導体温度センサ、赤外画像利用型温度センサなど各種の温度センサが利用可能である。またセンサアレイはダウンコンダクタに沿ってダウンコンダクタと別体で構成することもできるが、ダウンコンダクタ内に管路を設けてそこに絶縁配置することも考えられる。落雷がダウンコンダクタ側でなく、センサアレイ側にあった場合には熱容量が小さいのでセンサアレイ自体が破損してしまう恐れがあるからである。
<実施形態1 構成 ローター軸>
Various sensors can be used in the sensor array, one of which is a resistance wire for measurement. In addition, various temperature sensors such as a thermocouple sensor, a semiconductor temperature sensor, and an infrared image utilizing type temperature sensor can be used. The sensor array can be formed separately from the down conductor along the down conductor. However, it is also conceivable to provide a pipe line in the down conductor and insulate it there. This is because if the lightning strike is not on the down conductor side but on the sensor array side, the sensor array itself may be damaged because the heat capacity is small.
<
「ローター軸」0205は、ハブ0203を軸支し、ブレードの回転をナセル0204内に配置される発電機など(図示省略)に動力伝達を通じて電気を発電する回転エネルギーを出力する。ハブ内で信号処理されたブレードの温度情報はローター軸とは別経路でナセル内に導かれてもよいが、場合によってはローター軸内に管路を設けてローター軸を介してナセル内に導くように構成してもよい。一般にローター軸はブレードからの大きな応力を受けてこれを電力に変換するために発電機に伝達する機能を果たすので構造的に強固に作られていなければならず、ステンレス鋼、強化ステンレス鋼などが利用される。ブレード長が40メートル程度の場合には、ローター軸径は50センチメートルから70センチメートル程度に至る。この径の内部をくりぬくことで先ほどの管路を構成することもできる。
<実施形態1 構成 ナセル>
A “rotor shaft” 0205 supports the
<
「ナセル」0204は、ローター軸を格納する。ナセル0204には、風車が風力発電設備の場合には、ローター軸以外に、増速機、ブレーキ装置、発電機などが収納される。風車0200のメンテナンス時には、作業者がタワー0206からナセルまで登り、ナセル内で修理、点検などの作業を行う。例えば、ナセルの高さは、地上用風車の場合は70m以上にもなる。ナセル内には、センサアレイからの信号を処理した結果を取得する信号処理結果取得装置が設置される。ダウンコンダクタ健全性検出システムのデータは、風車自身で利用される物でなく、ネットワークを介して管理基地で利用される情報であり、ナセル内でより強固な信号構造に変換されることが好ましい。つまり、このダウンコンダクタの健全性システムは落雷などの多発する通信環境の極めて劣悪な状況で特に有用なものなので情報の欠落が大電流ノイズなどによって生じないように多重化され、冗長化されることが好ましい。その処理はできるだけ信号源の近くで行うのがノイズリスクの観点から好ましいのでハブ内又はナセル内で信号の強固化構造への変換が行われるように構成することが好ましい。なお、ナセル内にはフェイルセイフ対策としてセンサアレイが取得した温度情報を蓄積する蓄積部を設けておくことが好ましい。万一送信途上にてセンサアレイからの情報が喪失したとしてもこの蓄積部の蓄積データを利用できるようにするためである。データの蓄積はハードディスクドライブ装置、ROM装置、DVD記録装置などを利用できる。なお、このセンサアレイからの情報は、単にダウンコンダクタの健全性のみを見るために利用されるのでなく、風車その物の安全性を確認するためにも利用される。例えば火災の発生や、ブレードの崩壊などを情報処理を用いて検出するように構成することが好ましい。このような情報は風車の緊急停止に利用される。
<実施形態1 その他 ハブとナセル間の情報伝達構造>
“Nacelle” 0204 stores the rotor shaft. When the wind turbine is a wind power generation facility, the
<
図16に示すように、ハブとナセルの間の情報伝達は光伝送で行うことが好ましい。その場合に光ファイバー間や、光カプラを用いるのは、相互に回転関係にあるので困難である。そこで、面光源を用いて伝送を行うことが考えられる。ハブ側にはハブ回転中心を中心として円状又はドーナッツ状の光伝送面を設け、その光伝送面は常にすべてのブレードの温度センサの信号、情報を出力するように構成されており、ナセル側でも常に円状又はドーナッツ状のハブ側の面光源の一部から光信号を受信するように受光面を備えるように構成する。 As shown in FIG. 16, information transmission between the hub and the nacelle is preferably performed by optical transmission. In this case, it is difficult to use optical couplers or optical couplers because they are in a rotational relationship with each other. Therefore, it is conceivable to perform transmission using a surface light source. On the hub side, a circular or donut-shaped light transmission surface is provided around the hub rotation center, and the light transmission surface is configured to always output the temperature sensor signals and information of all blades. However, the light receiving surface is provided so as to always receive an optical signal from a part of the circular or donut-shaped hub side surface light source.
<実施形態1 構成 タワー>
<
「タワー」0206は、ナセル0204を支持する。60〜70m以上もある。ダウンコンダクタの健全性検出システムにおいて、情報収集した温度情報を、光ファイバーケーブルをナセルからタワー内を導いてタワー近傍の地上の制御室や、遠隔の運転管理センターに送信することができる。光ファイバーを用いるのは光ファイバー伝送が雷などで発生する電磁波ノイズに強いためである。
<実施形態2 概要 センサ=測定用抵抗線>
The “tower” 0206 supports the
<
本実施形態2は、実施形態1を基本とする。そして、前記ダウンコンダクタの健全性検出システムのセンサアレイの各センサは、温度センサとして、温度情報を取得するための測定用抵抗線を用いる。例えば、一般的に電熱線などに使用されているニクロム線を用いることができる。他の材料を用いてもよい。例えば、少なくともダウンコンダクタの溶解温度より高い溶解温度を有している材料が良い。また測定用抵抗線はばね状に構成されているものが好ましい。ばね状に構成されていると熱変形に対して柔軟に対応できるため、一気に断線してしまうリスクを少なくできるからである。
<実施形態3 概要 センサアレイ IN 絶縁性シース>
The second embodiment is based on the first embodiment. Each sensor of the sensor array of the down conductor soundness detection system uses a resistance wire for measurement for acquiring temperature information as a temperature sensor. For example, a nichrome wire generally used for a heating wire or the like can be used. Other materials may be used. For example, a material having a melting temperature higher than at least the melting temperature of the down conductor is preferable. Moreover, the resistance wire for measurement is preferably configured in a spring shape. This is because a spring-like configuration can flexibly cope with thermal deformation, thereby reducing the risk of disconnection at a stretch.
<
実施形態3のダウンコンダクタの健全性検出システムは、上記実施形態1、実施形態2を基本とする。 The down conductor soundness detection system of the third embodiment is based on the first and second embodiments.
図13に示すように、前記センサアレイはブレード内にて絶縁性シース1301、1302に収納されている。センサアレイは電気信号によって温度情報を伝達するものであるために外部との電気的接触は情報劣化をもたらすためである。絶縁性シースは熱変形が少ない物質であることが好ましく、ガラスファイバー、紙フェノール材料、紙エポキシ材料、ガラスコンポジット材料、ガラスエポキシ材料、テフロン(登録商標)材料、テフロン(登録商標)複合材料(テフロン(登録商標)とガラス、テフロン(登録商標)とエポキシなど)アルミナ(セラミックス)材料(アルミナ粉末を紙に含侵させた材料)などを利用することができる。
<実施形態4 概要 絶縁性シース IN フレキシブルメタルホース>
As shown in FIG. 13, the sensor array is housed in insulating
<
実施形態4のダウンコンダクタの健全性検出システムは、実施形態3を基本とする。 The down conductor soundness detection system of the fourth embodiment is based on the third embodiment.
図14に示すように、前記絶縁性シースは、フレキシブルメタルホース1401に収納されていることが好ましい。ブレードの形状やダウンコンダクタの形状は必ずしも直線のみで構成されるものでなく、緩やかなカーブ形状を描く場合もあり、その場合にダウンコンダクタに沿って適切に配置するとともに外来ノイズをメタル材料によって遮蔽するためである。従ってフレキシブルメタルホースに設置されるように構成されていることが好ましい。なお、このフレキシブルメタルホースに代えて、前述のとおり中空型ダウンコンダクタを利用することもできる。この場合でも絶縁性シースは必須となる。
As shown in FIG. 14, the insulating sheath is preferably housed in a
<実施形態5 ダウンコンダクタの健全性検出システムの細部>
<Details of
<実施形態5 細部の構成>
<
図15に示すように、実施形態5のダウンコンダクタの健全性検出システムは、上記実施形態1から実施形態4を基本とする。このダウンコンダクタの健全性検出システムの細部の構成は、位置付抵抗値取得部1531と、温度変化情報記録部1532と、をさらに有する。位置付抵抗値取得部1531及び温度変化情報記録部1532はハブ1503の内部に配置されたコンピュータ1507内に設けられる。
As shown in FIG. 15, the down conductor soundness detection system of the fifth embodiment is based on the first to fourth embodiments. The detailed configuration of the down-conductor soundness detection system further includes a positioned resistance
<実施形態5 細部の構成 位置付抵抗値取得部>
<
「位置付抵抗値取得部」1531は、図17に示すように、センサアレイの各センサが測定用抵抗線1512である場合には抵抗値の値をその抵抗値のブレード1501、1502内で配置されている位置と関連づけて取得する。取得のためには、各測定用抵抗線の両端信号取得線がどのブレードのどの位置の両端信号取得線であるかを信号線集約処理の際に区別して行うように構成する必要がある。つまり、ブレード1501、1502から集約される各信号線が、どの位置の測定用抵抗線のものであるかを予め定めるように配置するのである。実際にはどの測定用信号線をアクティブにするかのスイッチングの際に、その測定用信号線の信号をセンサの位置情報に関連付けて処理するように構成する。例えばナンバー1の測定用抵抗線の抵抗値、ナンバー2の測定用抵抗線の抵抗値、ナンバー3の測定用抵抗線の抵抗値・・・というように取得し、ナンバー1の測定用抵抗線の位置は、ブレード先端のレセプタから10センチメートルブレードとハブの接続側に位置する、ナンバー2の測定用抵抗線の位置は、ナンバー1の測定用抵抗線の位置からさらにブレードとハブの接続側に10センチメートルの位置に位置する、ナンバー3の測定用抵抗線の位置はナンバー2の測定用抵抗線の位置からブレードとハブの接続側にさらに10センチメートルの位置に位置する、などの情報が予め保持されており、位置付抵抗値取得部は、測定用抵抗線の識別情報(例えば、ナンバー1、ナンバー2、ナンバー3、・・・)を利用することで測定した抵抗値と、その抵抗値が出力された測定位置とを関連付けて処理することができる。なお、基本的に後の温度などに変換する計算処理を簡単にするために、センサアレイのすべてのセンサの物理定数は一定であることが好ましい。例えば、センサが測定用抵抗線である場合にはその抵抗値はすべて一定であることが好ましい。例えば、一つのセンサの測定用抵抗線の抵抗値は、1.08プラスマイナス0.05マイクロオームメートル(体積抵抗率)であり、抵抗温度計数は、摂氏20度から摂氏1000度の間で140(×10のマイナス6乗/℃)程度である。さらに熱膨張係数は、18(×10のマイナス6乗/℃)、融点は1400℃、密度は、8.41(グラム・立方センチメートル)である。これはニッケルクロム(ニクロム)線を利用した場合である。またニッケルクロム線を利用した場合には、温度による抵抗増加係数は、20℃のとき1.00、100℃のとき、1.009、200℃のとき1.024、300℃のとき、1.039、400℃のとき1.056、500℃のとき、1.070、600℃のとき1.068、700℃のとき、1.062、800℃のとき1.060、900℃のとき、1.063、1000℃のとき1.070、1100℃のとき、1.080、1200℃のとき1.093程度であると好ましい。また測定用抵抗線は、断面円の抵抗線であってもよいし、断面が矩形の帯状の抵抗線であってもよい。
As shown in FIG. 17, the “positioned resistance value acquisition unit” 1531 arranges the resistance value within the
図17の位置付抵抗値取得部1531のインタフェースについて説明する。位置付抵抗値取得部の取得情報は、「ブレード内位置」、「測定用抵抗線の抵抗値情報」から構成される。 位置付抵抗値取得部が取得する位置付抵抗値は、その測定用抵抗線の抵抗値の絶対値であってもいし、常温の抵抗値との差分であってもよい。また、「抵抗値情報を取得する」とは、一定電流に対する電圧値を取得する、一定電圧値に対する電流値を取得する、のすべてを含む意味であり、この形で取得する電流値、電圧値は、実質的に抵抗値の取得として定義される。
抵抗値の変化を常温の際の抵抗値との差分として把握する手法の一つに例えばセンサである測定用抵抗線をホイートストンブリッジに接続してブリッジ部分の電位を検出する場合がある。この場合にはホイートストンブリッジの4つの抵抗の内、3つは常温状態の測定用抵抗線と同等の抵抗値を有する抵抗であり、残りの1つがブレードのセンサの抵抗となる。この場合にはセンサの抵抗値の増分がブリッジ部分の検出電位として把握されるが、この増分が測定用抵抗線の抵抗値情報となる。また、抵抗値情報として、常温時の抵抗値との差分を含んでもよい。
図では、常温からの抵抗値は変化分(ΔT)、温度情報も変化分(ΔT)を示している。ブレード内位置の「1」は、例えばハブから一番遠い位置(ブレード先端)を示し、順にナンバリングされる。抵抗値の「0」は常温であることを示し、夏期であれば30度以上になり、冬季であれば場所によって異なるが、例えばマイナスの数値が入るべきである。しかし、本件発明での課題はダウンコンダクタの健全性を知ることである。落雷を受けたときの温度情報が重要であり、常温時の情報は問題がない。従って、常温時の抵抗値のデータを「0」にしている。温度情報が「0」とは落雷時(雷撃時)の温度情報が0であることを示す。すなわち、落雷が発生しておらず、雷撃も受けていないということである。積極的に収集したい温度情報の範囲は、200度〜600度である。本実施形態5の風車が風力発電設備に適用された場合は、例えば200度であれば継続運転可能、300度であれば運転設備の点検必要、600度であれば運転非常停止などの情報活用が考えられる。
The interface of the resistance value acquisition unit with
One technique for grasping the change in resistance value as a difference from the resistance value at normal temperature is to connect a measuring resistance wire, which is a sensor, to a Wheatstone bridge to detect the potential of the bridge portion. In this case, of the four resistors of the Wheatstone bridge, three are resistors having a resistance value equivalent to that of the measurement resistance wire in the normal temperature state, and the remaining one is the resistance of the blade sensor. In this case, the increment of the resistance value of the sensor is grasped as the detection potential of the bridge portion, and this increment becomes the resistance value information of the resistance wire for measurement. The resistance value information may include a difference from the resistance value at normal temperature.
In the figure, the resistance value from normal temperature indicates the change (ΔT), and the temperature information also indicates the change (ΔT). “1” in the blade position indicates, for example, the position farthest from the hub (blade tip) and is numbered in order. The resistance value “0” indicates that the temperature is normal temperature, which is 30 ° C. or more in the summer, and different depending on the location in the winter, for example, a negative value should be entered. However, the problem with the present invention is to know the soundness of the down conductor. The temperature information at the time of lightning strike is important, and there is no problem with the information at normal temperature. Therefore, the resistance value data at room temperature is set to “0”. The temperature information “0” indicates that the temperature information during lightning strike (lightning strike) is zero. That is, no lightning strikes have occurred and no lightning strikes have been received. The range of temperature information to be actively collected is 200 degrees to 600 degrees. When the wind turbine according to the fifth embodiment is applied to a wind power generation facility, for example, continuous operation is possible at 200 degrees, operation equipment needs to be checked at 300 degrees, and emergency use of information such as an emergency stop is performed at 600 degrees. Can be considered.
取得した情報は、コンピュータ1507のハードディスクなどの不揮発性記録媒体に記録されており、所定期間(1秒間、1分間、1時間、1日間、1週間、1月、半年毎)にバッチ処理でコンピュータ1507が接続された光空間送信ユニット(図示省略)からナセル内にある光空間受信ユニット1508へ送信し、光通信ケーブルを経由して制御所(運転監視センタ)などに送信するように構成してもよい。また、ナセル内でメンテナンス作業者が光空間受信ユニット1508へ光USBメモリなどを接続してコンピュータ1507のデータをダウンロードしてメンテナンス用のパソコンに取り込んで解析に利用してもよい。また定期的なバッチ処理以外に、落雷があったと判断される場合、すなわちセンサの抵抗値が急激に上昇したような場合にはリアルタイムで情報を送信するように構成してもよい。これは、位置付の抵抗値情報のみでなく後述する温度変化情報記録部にて記録された温度変化情報についても同様である。
The acquired information is recorded in a non-volatile recording medium such as a hard disk of the
図16(a)(b)に光空間通信システムの概略構成図を示す。図16(a)に示すように、ブレード回転体側のローターに3分割して空間配置された光空間送信ユニットの光信号照射面が3つ配置され、それぞれが3つのブレードにの情報すべてを出力するように構成されている。各光信号照射面は、図16(b)に示すように、ブレードの回転に同期してリアルタイムに情報を光送信できるように構成し、受光側はナセル内に全周をカバーしない受光面が設置されている。落雷情報はその瞬時の情報が重要であるので、このような光空間通信をできる構成を採用するのが望ましい。また、これとは逆に、ローター側にドーナッツ状の受光面を設け、ハブの送信側には全周をカバーしない光照射面を設けるように構成してもよい。 FIGS. 16A and 16B are schematic configuration diagrams of the optical space communication system. As shown in FIG. 16 (a), three optical signal irradiation surfaces of the optical space transmission unit arranged in three spaces on the rotor on the blade rotating body side are arranged, and each outputs all the information on the three blades. Is configured to do. As shown in FIG. 16B, each optical signal irradiation surface is configured so that information can be optically transmitted in real time in synchronization with the rotation of the blade, and the light receiving side has a light receiving surface that does not cover the entire circumference in the nacelle. is set up. Since the lightning strike information is important for the momentary light, it is desirable to adopt a configuration capable of such optical space communication. Conversely, a donut-shaped light receiving surface may be provided on the rotor side, and a light irradiation surface that does not cover the entire circumference may be provided on the transmission side of the hub.
<実施形態5 細部の構成 温度変化情報記録部>
<
「温度変化情報記録部」1532は、図18に示すように、位置付抵抗値取得部1531から取得される抵抗値情報に元づいて温度情報を前記位置と測定時刻に関連付けた温度変化情報として記録する。
「温度情報」は、同じセンサ(例えば測定用抵抗線)の常温測定値(落雷によって昇温する前の測定値:落雷前の測定値)との差分が利用される。落雷前の測定値は春、夏、秋、冬、で異なるが、落雷直近の測定値を用いることで、常温測定値の季節変動や時刻変動誤差をなくするようにする。あるいは、温度と抵抗値との関係を示す校正情報を保持しておき、外部の温度計から落雷時刻における落雷がなかったとした場合の抵抗値を利用して抵抗値の差分を算出し、利用するように構成してもよい。落雷は天候の急変を伴う場合が多く、天候の急変によって外気温、ひいては測定用抵抗線の抵抗値も急変する場合があるからである。また、すべてのブレードのすべてのセンサの抵抗値と諸物性を同一にしておけば、ブレードの中から落雷のないブレードや落雷のないセンサ部分を検出し、その部分のセンサの抵抗値を常温での抵抗値として利用することが考えられる。落雷のないブレードや、落雷のないセンサは経時的な抵抗変化を分析して選び出す。あるいは、すべてのセンサの抵抗値を集めて、最も多い抵抗値を常温の抵抗値として選出することもできる。
記録される温度変化情報は、常時ネットワークを介して監視システムに送信されてもよいし、温度変化情報が落雷を示しているかを判断するための判断基準を別途有し、その判断基準に照らして落雷があったと判断された際にのみ温度変化情報をネットワークを介して送信するように構成してもよい。この場合には落雷後の情報のみならず落雷前の情報を含んで送信するように構成することが好ましい。また判断基準は落雷との判断のみでなく、落雷兆候の判断をして、落雷兆候があった場合に、その周辺時間の温度変化情報をネットワークを介して送信するように構成してもよい。なお、温度変化情報の時間分解能としては、0.1秒から1秒程度のものが好ましい。落雷は瞬間的に起こるものなので時間分解能が高くないと正確なダウンコンダクタの状況分析が困難だからである。
As shown in FIG. 18, the “temperature change information recording unit” 1532 is temperature change information that associates temperature information with the position and measurement time based on the resistance value information acquired from the resistance
As the “temperature information”, a difference from a normal temperature measurement value (measurement value before temperature rise by lightning strike: measurement value before lightning strike) of the same sensor (for example, resistance wire for measurement) is used. The measured values before the lightning strike are different in spring, summer, autumn, and winter, but by using the measured values closest to the lightning strike, it is possible to eliminate seasonal fluctuations and time fluctuation errors of the room temperature measured values. Alternatively, calibration information indicating the relationship between the temperature and the resistance value is held, and the difference between the resistance values is calculated using the resistance value when there is no lightning strike at the time of the lightning strike from an external thermometer and used. You may comprise as follows. Lightning strikes are often accompanied by sudden changes in the weather, and sudden changes in the weather can cause sudden changes in the outside air temperature and thus the resistance value of the resistance wire for measurement. Also, if the resistance values and physical properties of all the sensors of all blades are the same, the blades without lightning strikes or the sensor parts without lightning strikes are detected from the blades, and the resistance values of the sensors in those parts are detected at room temperature. It is conceivable to use it as a resistance value. Blades without lightning strikes and sensors without lightning strikes are selected by analyzing resistance changes over time. Alternatively, the resistance values of all the sensors can be collected and the largest resistance value can be selected as the resistance value at room temperature.
The recorded temperature change information may be sent to the monitoring system via the network at all times, or has a separate criterion for determining whether the temperature change information indicates lightning strikes, in light of that criterion. You may comprise so that temperature change information may be transmitted via a network only when it is judged that there was a lightning strike. In this case, it is preferable that the transmission is performed including not only the information after the lightning strike but also the information before the lightning strike. Further, the determination criterion is not limited to a lightning strike, but a lightning strike sign may be judged, and when there is a lightning strike sign, temperature change information of the surrounding time may be transmitted via the network. Note that the time resolution of the temperature change information is preferably about 0.1 to 1 second. This is because lightning strikes occur instantaneously, so accurate down conductor analysis is difficult unless time resolution is high.
図18の温度変化情報記録部1532のインタフェースについて説明する。温度変化情報記録部の記録情報は、「日付」、「測定時刻」、「ブレード内位置」、「温度情報」から構成される。落雷情報は、雷撃を受けたとき急峻な温度情報変化が発生し、その後時間と経過とともになだらかになっていく。温度変化情報は同一時刻の前後(上下)の情報も併せて記録することにより、落雷情報の解析に利用できるようになる。
The interface of the temperature change
<実施形態6 ダウンコンダクタの健全性検出システム 画像の利用>
<実施形態6 画像の利用 構成>
<Sixth Embodiment Down Conduct Soundness Detection System Use of Image>
<Embodiment 6 Image Usage Configuration>
図19に示すように、実施形態6のダウンコンダクタの健全性検出システムは、上記実施形態1から実施形態5を基本としつつ、「落雷ポジション情報取得部」1933をさらに有する。落雷ポジション情報取得部1933はハブ1903の背面に配置されたコンピュータ1907内に設けられる。
As illustrated in FIG. 19, the down conductor soundness detection system according to the sixth embodiment further includes a “lightning position information acquisition unit” 1933 based on the first to fifth embodiments. The lightning strike position
<実施形態6 画像の利用 落雷ポジション情報取得部> <Sixth Embodiment Use of Image Lightning Position Information Acquisition Unit>
「落雷ポジション情報取得部」1933は、図21、図22に示すように、ブレードに対する落雷又は、ブレードに対する落雷によって生じた傷の画像又は/及び映像と、時刻情報と、を関連付けた情報であるである落雷ポジション情報を取得するように構成されている。この画像情報は、ナセル上部又は側部、下部に取り付けられたカメラ(図20ではナセルの上部に取付)によって取得され、又は、風車とは別の地上ないしは地上構造物に設置されたカメラによって取得される。カメラは、常時すべてのブレードの画像を取得するように構成することが望ましいが、定期的にそれぞれのブレードの画像を取得するように構成してもよい。ただし、その間隔時間は短いほうが好ましい。またカメラはその画角内にブレードの全体像を映し出すように構成する。このカメラは昼間と夜とでは絞りを変化させ又は電子的に画像感度を変えるようにして鮮明な画像が取得できるように構成することが好ましい。このカメラは落雷の瞬間をとらえ、温度情報と相まってより正確な落雷による影響を把握可能とする。この画像情報は動画であってもよいし、間隔が短い時間である場合には静止画であってもよい。また画像情報は常時ネットワークを介して外部の監視基地に送信されるように構成してもよいし、温度情報や画像情報から落雷があったと判断されるときにのみ送信されるように構成してもよい。さらに画像分析を行うように設計してもよい。画像分析とは落雷の規模、時間、電流量などを画像解析によって求めるものである。 The “lightning position information acquisition unit” 1933 is information associating time information with an image or / and video of a lightning strike on the blade or a wound caused by a lightning strike on the blade, as shown in FIGS. It is configured to obtain lightning position information. This image information is acquired by a camera attached to the upper part, side part, or lower part of the nacelle (attached to the upper part of the nacelle in FIG. 20), or acquired by a camera installed on the ground or on a ground structure different from the windmill. Is done. The camera is preferably configured to always acquire images of all blades, but may be configured to periodically acquire images of each blade. However, it is preferable that the interval time is short. The camera is configured to project the entire image of the blade within the angle of view. This camera is preferably configured so that a clear image can be acquired by changing the aperture or changing the image sensitivity electronically between daytime and night. This camera captures the moment of lightning strikes and, in combination with temperature information, makes it possible to understand the effects of lightning strikes more accurately. This image information may be a moving image, or may be a still image when the interval is short. The image information may be configured to be transmitted to an external monitoring base via a network at all times, or configured to be transmitted only when it is determined that a lightning strike has occurred from temperature information or image information. Also good. Further, it may be designed to perform image analysis. Image analysis is to determine the size, time, current amount, etc. of lightning strikes by image analysis.
図21、図22に落雷ポジション情報取得部1933のインタフェースについて説明する。落雷ポジション情報取得部の取得情報は、図21に示すように、「ブレードNo」、「時刻情報」、「傷画像(ファイル名)」、「サムネイル」から構成されたり、図21に加えて、「傷映像(ファイル名)」とその「サムネイル」から構成される。傷画像(静止画)のファイルフォーマット形式は、JPEG、Exif、GIFなどの一般的な標準規格が利用できる。傷映像(動画)のファイルフォーマット形式は、MOV、モーションJPEG、JPEG2000、MPEG4、MPEG2、NTSCなどの一般的な標準的規格が利用できる。
<実施形態7 ダウンコンダクタの健全性検出システム 温度情報、画像情報のミックス情報の送信>
<実施形態7 ミックス情報の利用 構成>
The interface of the lightning strike position
<
<
図23に示すように、実施形態7のダウンコンダクタの健全性検出システムは、上記実施形態1から実施形態6を基本としつつ、「観察情報出力部」2342をさらに有する。 As shown in FIG. 23, the down conductor soundness detection system according to the seventh embodiment further includes an “observation information output unit” 2342 based on the first to sixth embodiments.
<実施形態7 ミックス情報の利用 観察情報出力部>
<
「観察情報出力部」2342は、時刻情報入力部2341と、入力された時刻情報に基づいて温度変化情報と落雷ポジション情報とからなる観察情報(図24)を出力するように構成される。観察情報は、時間軸を共通にして温度変化情報と落雷ポジション情報とを送信するものであり、画像情報と位置付の温度変化情報とを利用可能であるためにより詳細なダウンコンダクタの健全性を分析することができる。
The “observation information output unit” 2342 is configured to output time
ここで、観察情報出力部2342と時刻情報入力部2341とで観察部2340を構成する。観察部2340はタワーの近傍または内部の制御室やネットワーク2343を経由して遠隔の監視センター2344に設置される。または、メンテナンス時に作業者がナセル内でコンピュータ2307の記録データをダウンロードしてメンテナンス用のパソコンで分析する場合も含まれる。
<落雷計測>
Here, the observation
<Lightning strike measurement>
落雷が発生した場合の、落雷計測について説明する。 Lightning strike measurement when a lightning strike occurs is described.
図5(a)に示すように、ブレードへの落雷時にブレード表面からブレード材料のFRPを貫通してダウンコンダクタへ雷道がつながる。雷撃帰還の大電流による局所温度上昇が発生する。図5(b)はブレードへの落雷時に瞬間的に発かめ生した状態を示す。 As shown in FIG. 5 (a), during a lightning strike on the blade, a lightning path is connected to the down conductor from the blade surface through the FRP of the blade material. A local temperature rise occurs due to a large current of lightning strike return. FIG. 5B shows a state in which the blade is instantaneously generated during a lightning strike on the blade.
そして、図6(a)、(b)、(c)のように、局所高温は、時間経過でダウンコンダクタを線形に伝搬波高値は低下しかつ近傍温度が均一化していく。
<ダウンコンダクタの健全性検出システム>
Then, as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, the local high temperature causes the down-conductor to linearly decrease in the down conductor with time, and the nearby temperature becomes uniform.
<Down conductor soundness detection system>
図7に示すように、ダウンコンダクタに沿って温度センサ0701、0702、0703、0704、0705、0706・・・・が備えられ、例えば0.5m間隔で温度センサが配置される。これらの温度センサはダウンコンダクタに沿って略全長にわたって備えられている。1つのブレードが40mあれば、0.5mごとに温度センサを配置すると、80チャンネルの測定位置を確保できることになる。しかし、落雷はブレードの先端部分に直撃することが多いので、例えば、ブレードの直径が40mのものであれば、ブレード先端から1/4の範囲で、10mの温度センサアレイ(測定抵抗線)を用いて、0.5mごとに温度センサを配置すると、20チャンネルの測定位置を確保してもよい。また、レセプタはブレード先端、中間など複数配置された場合は、そのレセプタから温度センサを配置して測定することになる。温度センサの端子間から引き出された線は、マルチプレクサ0710に接続され、ホイートストンブリッジ回路0711を構成し、コンピュータ0712の制御によりマルチプレクサのチャンネルごとに切り替えて温度を測定する。これらの測定した温度は、コンピュータのハードディスク毎に記録される。ハードディスクはクラッシュすることもあるので、他の不揮発性メモリに記憶してもよい。
As shown in FIG. 7,
図8に示すように、実際の風車ではブレードが3枚あり、それぞれのブレードごとにダウンコンダクタの健全性検出システムが配置される。例えば、ブレード0801ではダウンコンダクタの健全性検出システムが温度センサアレイ(測定抵抗線)0805とマルチプレクサ0807とホイートストンブリッジ回路0807とコンピュータ0808とで構成される。図8の図面ではコンピュータ0808はハブの背面に配置されている。便宜上外に引き出している。同様にブレード802はダウンコンダクタの健全性検出システムが温度センサアレイ(測定抵抗線)0809とマルチプレクサ0810とホイートストンブリッジ回路0811と共通のコンピュータ0808とで構成される。
As shown in FIG. 8, the actual windmill has three blades, and a down conductor soundness detection system is arranged for each blade. For example, in the
さらに、ブレード803はダウンコンダクタの健全性検出システムが温度センサアレイ(測定抵抗線)0812とマルチプレクサ0813とホイートストンブリッジ回路0814と共通のコンピュータ0808とで構成される。
Further, the blade 803 includes a down-conductor soundness detection system including a temperature sensor array (measurement resistance line) 0812, a
<温度測定方法> <Temperature measurement method>
以下、ダウンコンダクタに対して温度センサアレイを並列接続し、マルチプレクサで切り替えて温度測定する方法について説明する。 Hereinafter, a method of measuring the temperature by connecting the temperature sensor array in parallel to the down conductor and switching the multiplexer will be described.
図9(a)に示すように、ホイーストンブリッジ回路は、ダウンコンダクタ(1)、温度センサ端子(2)と、温度補償導線端子(3)、(4)と測定検出作動アンプと駆動電源とで構成し、計測温度演算処理・管理装置(コンピュータ)により微小な電流の変化を管理している。 As shown in FIG. 9A, the Wheatstone bridge circuit includes a down conductor (1), a temperature sensor terminal (2), temperature compensation lead terminals (3) and (4), a measurement detection operation amplifier, a driving power source, And a minute change in current is managed by a measured temperature calculation processing / management device (computer).
図9(b)に示すように、ダウンコンダクタに対してニクロム線温度センサアレイを並列に接続しており、ダウンコンダクタ温度センサ端子間((1)〜(1)'+(2)〜(2)')の長さと温度補償導線端子間((3)〜(4))の長さは、温度補償のため、同一の長さを保っている。 As shown in FIG. 9B, a nichrome wire temperature sensor array is connected in parallel to the down conductor, and between the down conductor temperature sensor terminals ((1) to (1) ′ + (2) to (2 The length of) ′) and the length of the temperature compensation lead wire terminals ((3) to (4)) are kept the same for temperature compensation.
ダウンコンダクタに対して温度センサアレイを並列接続してこの並列方式の温度測定動作について説明する。 The temperature measurement operation of this parallel system with a temperature sensor array connected in parallel to the down conductor will be described.
図10に示すように、T0=16:43:24:000に測定を開始したとする。また、測定回数はT0=10msec間隔でスキャンするとする。
最初の測定時T1=0の場合、マルチプレクサの切り替えにより、一番右端の温度センサのスイッチがオンされ、温度測定される。順次1つずつ温度センサをずらし、T2、T3、T4、T5、T6と10msec単位で温度測定が実行される。
As shown in FIG. 10, it is assumed that the measurement is started at T0 = 16: 43: 24: 000. The number of measurements is assumed to scan at T0 = 10 msec intervals.
When T1 = 0 at the first measurement, the rightmost temperature sensor is switched on by switching the multiplexer, and the temperature is measured. The temperature sensors are sequentially shifted one by one, and the temperature measurement is executed in units of 10 msec with T2, T3, T4, T5, and T6.
以下、ダウンコンダクタに対して温度センサアレイを直列接続し、マルチプレクサで切り替えて温度測定する方法について説明する。 Hereinafter, a method of measuring the temperature by connecting the temperature sensor array in series to the down conductor and switching by the multiplexer will be described.
図11は1つのホイートストンブリッジ回路とマルチプレクサとを組み合わせて、直列接続のニクロム線温度センサアレイの温度測定の実験回路概念図を示す。本実施形態では、このような簡単な回路構成で、ダウンコンダクタの健全性検出システムを構成する。 FIG. 11 is a conceptual diagram of an experimental circuit for temperature measurement of a Nichrome wire temperature sensor array connected in series by combining a Wheatstone bridge circuit and a multiplexer. In the present embodiment, a down conductor soundness detection system is configured with such a simple circuit configuration.
図11に示すように、抵抗R1、R2は既知抵抗、測定対象のニクロム線温度センサアレイH1、H2、H3・・・・、ニクロム線温度センサアレイl1−l2端子間の導線と同じ長さの温度補償用導線l1'−l2'を用いる。この補償用導線の材質はニクロム線温度センサアレイのニクロム線と同じとする。ここで、マルチプレクサMPX1とMPX2を用いて、ニクロム線温度センサアレイH1、H2、H3を順次切り替えて温度測定を行う。例えば、ブレードの長さが40mであり、ブレードの先端(ハブから一番遠い位置)から1/4を測定範囲にした場合は、ニクロム線温度センサアレイが10m配列される。1つのアレイの基本単位長さを0.5mとすると、センサアレイは20アレイとなり20チャンネルの測定箇所(位置)が測定できることになる。すなわち、この温度測定によって落雷箇所が20カ所特定できる。そうすると、ブレードの落雷箇所が、細かく位置決めできることになり、損失レベル(損失状態)の判定や修理・交換などのメンテナンス時に必要最小限のブレードの切断で済み、作業者のメンテナンス性が向上する。また、風車ブレードにおける機械的破損被害予知や、防止を図ることができる。上述した例は、10mに20チャンネル(箇所)を測定しているが、風車の設置場所の雷性状などに応じて、センサアレイの基本単位長さを1m、0.4m、0.3m、0.2m、0,1mなど任意に選択をしてもよい。 As shown in FIG. 11, the resistors R1 and R2 have known resistances, the nichrome wire temperature sensor arrays H1, H2, H3... To be measured, and the same length as the conductors between the nichrome wire temperature sensor arrays l1 and l2. The temperature compensating lead wire l1'-l2 'is used. The material of the compensating lead wire is the same as the nichrome wire of the nichrome wire temperature sensor array. Here, using the multiplexers MPX1 and MPX2, the nichrome wire temperature sensor arrays H1, H2, and H3 are sequentially switched to perform temperature measurement. For example, when the length of the blade is 40 m and the measurement range is 1/4 from the tip of the blade (position farthest from the hub), the nichrome wire temperature sensor array is arranged 10 m. If the basic unit length of one array is 0.5 m, the sensor array becomes 20 arrays, and 20 channels of measurement points (positions) can be measured. That is, 20 lightning strike points can be identified by this temperature measurement. Then, the lightning strike location of the blade can be finely positioned, and it is sufficient to cut the blade at the minimum necessary for the maintenance such as determination of the loss level (loss state) and repair / replacement, thereby improving the maintainability of the operator. Further, it is possible to predict or prevent mechanical damage in the windmill blade. In the example described above, 20 channels (locations) are measured at 10 m, but the basic unit length of the sensor array is set to 1 m, 0.4 m, 0.3 m, 0 depending on the lightning characteristics at the installation location of the windmill. .2m, 0, 1m, etc. may be selected arbitrarily.
具体的には、図12に示すように、8チャンネルのマルチプレクサMPX1と同型式のマルチプレクサMPX2を16チャネル構成としている。1つのマルチプレクサのスイッチ0〜7はチャンネル0〜7が対応している。ニクロム線センサアレイH1、H2、H3、H4、H5、H6、H7は100W型を使用し、直流抵抗値は約100オームの実験回路で温度測定試験を行った。この例でも、図11と同様に、ニクロム線温度センサアレイと同じ長さの温度補償導線を使用し、温度補償導線の材質もニクロム線を使用している。
Specifically, as shown in FIG. 12, the multiplexer MPX2 of the same type as the 8-channel multiplexer MPX1 has a 16-channel configuration.
まず、ニクロム線センサアレイH1、H2、H3の温度測定について説明する。H1の温度測定を行う場合は、マルチプレクサMPX1のCH0をオンし、マルチプレクサMPX2のCH1をオンすることにより、測定できる。H2、H3の場合はこの2つのマルチプレクサを順次切り替えて測定できる。これらのマルチプレクサMPX1、MPX2はA6C操作面に接続されており、操作者がA6Cの操作面を操作することにより温度測定できる。 First, temperature measurement of the nichrome wire sensor arrays H1, H2, and H3 will be described. When the temperature of H1 is measured, it can be measured by turning on CH0 of multiplexer MPX1 and turning on CH1 of multiplexer MPX2. In the case of H2 and H3, measurement can be performed by sequentially switching these two multiplexers. These multiplexers MPX1 and MPX2 are connected to the A6C operation surface, and the temperature can be measured by the operator operating the A6C operation surface.
以上説明したように、ダウンコンダクタに対してニクロム線温度センサアレイを直列回路または並列回路で構成しても温度測定を行うことは可能となる。 As described above, it is possible to perform temperature measurement even if the nichrome wire temperature sensor array is constituted by a series circuit or a parallel circuit with respect to the down conductor.
例えば、落雷が発生した場合、落雷毎にダウンコンダクタの各々の位置における最大温度が計測可能となるので、位置情報を活用した機械的破損被害予知が行えるので、ダウンコンダクタの健全性検出システムを実現できる。このような健全性検出システムを風車ブレードに適用することで、風車が風力発電設備で使用される場合は、発電装置の安全性や風力発電設備の稼働率向上にも貢献できる。 For example, when a lightning strike occurs, the maximum temperature at each position of the down conductor can be measured for each lightning strike, so mechanical damage damage prediction using position information can be performed, realizing a down conductor soundness detection system it can. By applying such a soundness detection system to a wind turbine blade, when the wind turbine is used in a wind power generation facility, it is possible to contribute to the safety of the power generation apparatus and the improvement of the operating rate of the wind power generation facility.
このように、本実施形態1〜8によれば、落雷毎にダウンコンダクタの各々の位置における最大温度を計測可能とし、ダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車を提供することができる。また、ダウンコンダクタのメンテナンス性を向上させるダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車を提供することができる。 As described above, according to the first to eighth embodiments, it is possible to provide the wind turbine having the down conductor soundness detection system that can measure the maximum temperature at each position of the down conductor for each lightning strike. In addition, it is possible to provide a wind turbine having a down conductor soundness detection system that improves the maintainability of the down conductor.
Claims (8)
ハブに支えられる複数のブレードと、
ハブを軸支するローター軸と、
ローター軸を格納するナセルと、
ナセルを支持するタワーと、
からなり、
前記各ブレードには、
レセプタと、レセプタからハブにわたって設けられるダウンコンダクタと、
ダウンコンダクタの略全長にわたって平行かつ連続的に配置される複数の温度センサからなるセンサアレイを備えたダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車。 A hub,
Multiple blades supported by a hub;
A rotor shaft that pivotally supports the hub;
A nacelle for storing the rotor shaft,
A tower that supports the nacelle,
Consists of
For each blade,
A receptor, and a down conductor provided from the receptor to the hub;
A wind turbine having a down conductor health detection system including a sensor array including a plurality of temperature sensors arranged in parallel and continuously over substantially the entire length of the down conductor.
測定用抵抗線の抵抗値情報をブレード内での位置と関連付けて取得する位置付抵抗値取得部と、位置付抵抗値取得部から取得される抵抗値情報に基づく温度情報を前記位置と測定時刻に関連付けた情報である温度変化情報として記録する温度変化情報記録部とをさらに有する請求項2から請求項4のいずれか一に記載のダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車。 The down conductor health detection system includes:
Positioned resistance value acquisition unit that acquires the resistance value information of the resistance wire for measurement in association with the position in the blade, and temperature information based on the resistance value information acquired from the positioned resistance value acquisition unit, the position and the measurement time The windmill which has a down conductor soundness detection system as described in any one of Claim 2 to 4 which further has a temperature change information recording part recorded as temperature change information which is the information linked | related to (5).
ブレードに対する落雷又は、ブレードに対する落雷によって生じた傷の画像又は/及び映像と、時刻情報と、を関連付けた情報であるである落雷ポジション情報を取得する落雷ポジション情報取得部をさらに有する請求項2から請求項5のいずれか一に記載のダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車。 The down conductor health detection system includes:
3. A lightning strike position information acquisition unit for acquiring lightning strike position information, which is information associating a lightning strike on the blade or an image or / and video of a wound caused by a lightning strike on the blade with time information. A wind turbine having the down conductor soundness detection system according to claim 5.
時刻情報入力部と、入力された時刻情報に基づいて温度変化情報と落雷ポジション情報とからなる観察情報を出力する観察情報出力部をさらに有する請求項6に記載のダウンコンダクタの健全性検出システムを有する風車。 The down conductor health detection system includes:
The down-conductor health detection system according to claim 6, further comprising: a time information input unit; and an observation information output unit that outputs observation information including temperature change information and lightning strike position information based on the input time information. Having a windmill.
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