一种风电机组叶片防雷接闪系统技术方案

本发明专利技术提供了一种风电机组叶片防雷接闪系统，包括：叶尖接闪器、屏蔽装置、下引导体和至少两对叶中接闪器；叶尖接闪器和各叶中接闪器分别设置在风电机组叶片叶尖和叶片表面远离叶尖处；下引导体设置于风电机组叶片内部，一端与叶尖接闪器相连接，另一端与各对叶中接闪相连接，用以将雷电流导入大地；屏蔽装置设置于风电机组叶片的两个表面，一端与叶尖接闪器相连接，另一端与叶中接闪器相连接，用以屏蔽下引导体表面的放电效应。本发明专利技术通过在叶片的吸力面和压力面内嵌金属屏蔽装置，能有效屏蔽内部下引导体的表面电场，并降低了下引导体表面放电的可能性，从而有效降低了由于接闪结构失效而导致防雷失败的概率，降低了叶片遭受雷击的次数。

A lightning protection and flash system for wind turbine blades

The invention provides a lightning protection and flashover system for wind turbine blades, which includes a blade tip connection flicker, a shielding device, a lower conductor and at least two pairs of flicker in the blade. The blade tip flicker and the flicker in each leaf are set at the tip of the blade of the wind turbine and the blade surface away from the tip of the blade, and the lower lead conductor is set on the blade of the wind turbine. Inside, one end is connected to the tip of the blade, and the other is connected to the opposite leaves to connect the lightning current to the earth. The shielding device is set on the two surfaces of the blade of the wind turbine, one end is connected with the blade tip flicker and the other end is connected with the flicker in the blade to shield the discharge effect on the surface of the conductor. . By embedding a metal shield in the suction and pressure surfaces of the blade, the invention can effectively shield the surface electric field of the inner conductor and reduce the possibility of the discharge on the surface of the lower guide, thus effectively reducing the probability of lightning failure caused by the failure of the flash structure and reducing the number of lightning strikes of the blade.

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组叶片防雷接闪系统
本专利技术涉及风电机组叶片防雷
，具体而言，涉及一种风电机组叶片防雷接闪系统。
技术介绍
风电机组一般安装在开阔的平原或者山顶，与一般建筑物相比更容易遭受雷击，随着风电机组容量的增大，叶片长度增长，其遭受雷击的次数也显著增加，运行经验显示高度超过150m的5MW机组叶片年雷击次数远远高于90年代小容量风电机组的年雷击次数。这与IEC61400统计的新生产风电机组最常见的损坏是风电机组叶片结果一致。此外，机组叶片的制造和维修费用占机组全寿命周期成本的15-20％，叶片雷击损坏后维修成本更高。因此，机组叶片需要装备可靠的雷击防护系统。IEC61400提出对风力涡轮机叶片的防雷保护的一般原理是将雷击电流从雷击点安全地传到到轮毂，避免在叶片内部形成雷击电流。目前采用叶片表面固定金属导体或者叶片材料改成导电材料两种方法。尽管风电机组叶片某些部分为金属质地，但其绝大部分为绝缘材料，丹麦实际观测结果表明叶片全绝缘并不能减少被雷击的次数。现代大容量风电机组叶片的防雷结构多为叶片内部接有下引导体，同时叶片表面离散的布置有接闪器，可以简单有效的对高度相对较低的风电机组叶片进行雷电保护。日本研究学者研究了不同叶片防雷系统的接闪性能，分别对比了三种接闪系统：(1)全金属叶尖和下引导体；(2)单个接闪器和下引导体；(3)一对接闪器、全金属叶尖和下引导体。结果表明第二种防雷系统接闪系统成功率最低，第三种防雷系统保护范围不够。埃及学者对玻璃纤维树脂增强塑料质地叶片的不同防雷结构进行了接闪性能比较，结果表明叶片表面添加接闪器的结构存在明显的接闪失效现象，但其受限于试验条件的影响仅从较短间隙内进行了试验研究。综上所示，叶片防雷系统明显存在接闪失效可能，因此提升和改善现有的叶片防雷结构显得尤为关键。国外运行经验发现60％的雷击损坏位置距叶尖1m以内，90％以上的损坏点在距叶尖5m范围以内。位于叶片内部的下引导体在雷云作用下会在其表面或者叶片表面产生放电，带来绝缘材料的击穿。中国专利CN201521082988和CN201420815938分别公开了两种叶片结构，均是在叶片内部改善下引导体结构，另外中国专利CN201520668606和CN201220149519尽管给出了用于风电机组叶片的导流条结构设计和叶尖、叶中接闪器固定结构，但均未考虑叶片表面接闪系统失效的情况。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提出了一种风电机组叶片防雷接闪系统，旨在解决现有技术中由于风力发电机组叶片接闪系统失效而导致的叶片遭受雷击的问题。一个方面，本专利技术提出了一种风电机组叶片防雷接闪系统，包括：分别设置在风电机组叶片叶尖的叶尖接闪器和至少两对位于叶片表面远离叶尖处的叶中接闪器；设置于风电机组叶片内部，一端与所述叶尖接闪器相连接，另一端与各对所述叶中接闪器相连接，用以将雷电流导入大地的下引导体；设置于所述风电机组叶片的两个表面，一端与所述叶尖接闪器相连接，另一端与所述叶中接闪器相连接，用以屏蔽所述下引导体表面放电效应的屏蔽装置。进一步地，上述风电机组叶片防雷接闪系统中，所述屏蔽装置包括：两组屏蔽体；其中，一组所述屏蔽体设置于所述风电机组叶片的吸力面，另一组所述屏蔽体设置于所述风电机组叶片的压力面，并且，各组所述屏蔽体的首端均与所述叶尖接闪器相连接，尾端均与所述叶中接闪器相连接。进一步地，上述风电机组叶片防雷接闪系统中，每组所述屏蔽体均包括：至少两根金属带；其中，各根所述金属带分别靠近所述风电机组叶片的前缘和尾缘设置。进一步地，上述风电机组叶片防雷接闪系统中，所述风电机组叶片两个表面上靠近前缘设置的各根所述金属带的弧度与所述风电机组叶片前缘的弧度一致；和/或所述风电机组叶片两个表面上靠近尾缘设置的各根所述金属带的弧度与所述风电机组叶片尾缘的弧度一致。进一步地，上述风电机组叶片防雷接闪系统中，所述风电机组叶片的两个表面上均开设有凹槽，各组所述屏蔽体分别嵌设于所述凹槽中。进一步地，上述风电机组叶片防雷接闪系统中，各组所述屏蔽体通过柔性环氧粘接剂粘贴在所述风电机组叶片的两个表面。进一步地，上述风电机组叶片防雷接闪系统中，还包括：设置于所述风电机组叶片内部末端的水平连接杆和两根纵向连接杆；其中，所述水平连接杆的两端连接在两个所述纵向连接杆之间。进一步地，上述风电机组叶片防雷接闪系统中，所述下引导体靠近所述风电机组叶片内部末端的部分与所述水平连接杆相连接。进一步地，上述风电机组叶片防雷接闪系统中，每对所述叶中接闪器分别所述纵向连接杆的两端相连接，各组所述屏蔽体的尾端与各对所述叶中接闪器相连接。进一步地，上述风电机组叶片防雷接闪系统中，所述叶中接闪器为柱状接闪器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供的风电机组叶片防雷接闪系统，通过在叶片的吸力面和压力面内嵌金属屏蔽装置，并且屏蔽装置一端与叶尖接闪器相连接，另一端与叶中接闪器相连接，通过叶中接闪器和下引导体相连接，能有效屏蔽内部下引导体的表面电场，并降低了下引导体表面放电的可能性，从而有效降低了由于接闪结构失效而导致防雷失败的概率，降低了叶片遭受雷击的次数，进而能有效避免因接闪器失效带来的叶片复合材料所遭受的击穿损伤；同时，在未发生雷电时并不会影响风电机组叶片的气动性能，保证了风电机组叶片的正常工作。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的风电机组叶片防雷接闪系统的三维结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的风电机组叶片叶尖区域的正视图；图3为图2中金属带保护域I的结构示意图；图4为图2中叶中接闪器保护域II的的结构示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。参阅图1和图2，本专利技术实施例的风电机组叶片防雷接闪系统包括：叶尖接闪器2、屏蔽装置3、下引导体4和至少两对叶中接闪器5；其中，叶尖接闪器2和各叶中接闪器5分别设置在风电机组叶片1叶尖和叶片表面远离叶尖处；下引导体4设置于风电机组叶片1内部，一端与叶尖接闪器2相连接，另一端与各对叶中接闪2相连接，用以将雷电流导入大地；屏蔽装置3设置于风电机组叶片1的两个表面，一端与叶尖接闪器2相连接，另一端与叶中接闪器5相连接，用以屏蔽下引导体4表面的放电效应。具体而言，风电机组叶片1的本体材料可以采用现有的环氧树脂或者玻璃纤维树脂增强塑料(GFRP)。叶尖接闪器2可以根据IEC61400标准采用铝质、铜质材料或不锈钢质地材料，其外形与现有风电机组叶片1叶尖的结构一致，且固定方式可以为本领域技术人员所熟知的任意一种固定方式。叶中接闪器5可以为柱状接闪器，可以采用铝质材料制成，直径为25-30mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电机组叶片防雷接闪系统，其特征在于，包括：分别设置在风电机组叶片(1)叶尖的叶尖接闪器(2)和至少两对位于叶片表面远离叶尖处的叶中接闪器(5)；设置于风电机组叶片(1)内部，一端与所述叶尖接闪器(2)相连接，另一端与各对所述叶中接闪器(5)相连接，用以将雷电流导入大地的下引导体(4)；设置于所述风电机组叶片(1)的两个表面，一端与所述叶尖接闪器(2)相连接，另一端与所述叶中接闪器(5)相连接，用以屏蔽所述下引导体(4)表面放电效应的屏蔽装置(3)。

【技术特征摘要】
1.一种风电机组叶片防雷接闪系统，其特征在于，包括：分别设置在风电机组叶片(1)叶尖的叶尖接闪器(2)和至少两对位于叶片表面远离叶尖处的叶中接闪器(5)；设置于风电机组叶片(1)内部，一端与所述叶尖接闪器(2)相连接，另一端与各对所述叶中接闪器(5)相连接，用以将雷电流导入大地的下引导体(4)；设置于所述风电机组叶片(1)的两个表面，一端与所述叶尖接闪器(2)相连接，另一端与所述叶中接闪器(5)相连接，用以屏蔽所述下引导体(4)表面放电效应的屏蔽装置(3)。2.根据权利要求1所述的风电机组叶片防雷接闪系统，其特征在于，所述屏蔽装置(3)包括：两组屏蔽体(31)；其中，一组所述屏蔽体(31)设置于所述风电机组叶片(1)的吸力面，另一组所述屏蔽体(31)设置于所述风电机组叶片(1)的压力面，并且，各组所述屏蔽体(31)的首端均与所述叶尖接闪器(2)相连接，尾端均与所述叶中接闪器(5)相连接。3.根据权利要求2所述的风电机组叶片防雷接闪系统，其特征在于，每组所述屏蔽体(31)均包括：至少两根金属带(311)；其中，各根所述金属带(311)分别靠近所述风电机组叶片(1)的前缘和尾缘设置。4.根据权利要求3所述的风电机组叶片防雷接闪系统，其特征在于，所述风电机组叶片(1)两个表面上靠近前缘设置的各根所述金属带(311)的弧度与所述风...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺恒鑫，顾建伟，陈维江，时卫东，殷禹，边凯，赵晓路，杨科，石可重，何天宇，黄胜鑫，张兆华，向念文，李志军，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国网江苏省电力公司，国网江苏省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11