一种水平轴风力机叶片抗雷击性能测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种水平轴风力机叶片抗雷击性能测试系统，包括设置在叶片外部的人工引雷单元、数据采集单元、接地防护单元和安装在叶片内部的被测试的防雷单元，其目的在于通过采用低成本的试验检测手段，获得比较精确的叶片抗雷击能力性能参数，以满足叶片防雷设计研发与检测的需求。该系统特点在于，利用野外自然雷击模式，或人工引雷模式，对叶片开展雷击测试，采用便携式设备，测试雷击时叶片的导雷能力与响应参数。通过修改引雷单元，确定不同引雷装置对叶片防雷能力的影响。与高压实验室内所进行的雷击测试相比，该方法具有设备简单、成本低、便于操作等优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机械行业风力发电
，尤其涉及一种水平轴风力机叶片的抗雷击性能测试系统。
技术介绍
风力发电机组由于应用条件的特殊性，需要安装在野外空旷的区域，而且随着风电大型化发展，大型风力机高度尺寸也越来越大，非常容易受到雷电袭击。世界每年有1%?2%的风机叶片受到雷电袭击，如果风力机组及叶片的防雷能力不足，会导致叶片与机组的破坏，造成很大的经济损伤。目前，很多风电企业越来越重视防雷技术的研究，国际上已有机构开展了风机雷击实验，但这些试验基本都是在实验室内进行的。对兆瓦级叶片的自然雷击实验目前国内尚未开展，而开展在自然环境下的雷击测试，对于把握叶片的真实抗雷击性能具有重要的意义，开展这方面的工作，首先需要建立一套行之有效，且成本较低的测试技术。本技术就是为实现这一目标所提出的。
技术实现思路
针对上述需求与问题，本专利提出一种在野外自然环境下进行抗雷击性能测试系统，通过在雷电易发生的野外处，构建一叶片固定平台，将所要测试评估的叶片安放在台架上，通过自然引雷，或采用发射火箭进行人工引雷的方法，对叶片进行雷击。利用所搭建的一套雷击信号采集系统接收通过防雷系统的雷电信号，通过计算机观察与分析采集的数据。并通过调整与更换不同的防雷设计结构，实现对防雷设计的优化。(一 )要解决的技术问题针对目前风力机叶片在野外运行中遭受雷击破坏导致损失严重，而实验室内的雷击测试不仅检测成本高、也难以真实反映自然环境下的雷击影响等问题，本技术提出了一种利用自然雷击或人工引雷，对叶片抗雷击性能进行评估的技术途径。可实现设备简单、成本低廉的叶片雷击测试试验。( 二)技术方案根据本技术的一个方面，提供了一种风力机叶片抗雷击性能测试系统，包括设置在叶片外部的人工引雷单元、数据采集单元、接地防护单元和安装在叶片内部的被测试的防雷单元，其特征在于，—所述叶片内部的被测试的防雷单元安装在叶片内部，包括安装在叶片表面上的接闪器和与之相连的设置在叶片内部的导出电缆，所述导出电缆的末端从叶根处伸出；-所述人工引雷单元包括引雷火箭和金属丝，所述金属丝一端与引雷火箭连接，另一端可选择地与叶片上的接闪器连接；--所述数据采集单元包括一电阻块、一高电压隔离前端和数据接收模块，所述电阻块一端与叶片内部的被测试的防雷单元的导出电缆连接，另一端与接地防护单元相连接，所述高电压隔离前端与所述电阻块并联，所述高电压隔离前端通过光纤与所述数据接收模块相连接，所述数据接收模块与计算机相连接。优选地，所述电阻块具有大功率小电阻值。优选地，所述高电压隔离前端具有电压测量能力。优选地，所述接地防护单元由接地电缆构成。该系统工作原理为:在雷雨频发的季节，采用自然引雷或人工引雷的方式，将雷电导入到叶片的接闪器，雷击产生的电流通过叶片防雷系统的电缆导入到具有大功率小电阻值的电阻中，并通过接地防护系统引入到地下。此时，雷击的电流信号可以转化为电阻上的电压信号，具有电压测量能力的高电压隔离前端可测量出这一电压信号，并完成数字化转换，转换后的数字信号通过光纤传输到数据接收模块，并通过计算机实现对数据的观察与分析。由此可完成对雷击信号的观察和评估。开展试验时，可根据现场情况，选择采用自然采雷，还是采用发射火箭进行人工引雷的方法，对叶片进行雷击。试验期间，数据采集单元保持长期监测状态，当有雷击发生击中叶片时，相应的雷击信号将记录在计算机中。由此可以获得叶片所承受的雷电信号的强弱，通过比较长期的监测，可以获得叶片所承受的多种雷击信号。对每次雷击后，叶片及防雷单元是否遭受破坏，以及若发生破坏，其破坏程度进行观察与记录。测试与记录雷电大电流通过时，防雷单元各个部件的可靠性。例如叶尖及叶中接闪器、电缆接头或固定点在通过大电流时有无损坏及损坏程度，有无电弧放电引起局部强烈高温及高温对叶片的影响等。当需要对不同设计结构的防雷设计做出评估时，可更换防雷单元的各个部件，用以考察其对整体防雷单元的表现。包括对各部件的规格的更改，金属材料的更改，电缆布线的更改，有无接头的更改等。并对每种更改防雷单元后的叶片，重复进行上述操作，记录每次更改后的试验结果，作为后续优化防雷单元的依据。在前述的实验中，可能会出现雷击击中叶片，但没有被接闪器所接受的情况，此时数据采集单元不会有信号被记录。此时，需要人工观察并作出记录，包括雷电是否造成叶片损坏等信息。(三)有益效果本技术与现有技术相比，具有如下明显的实质特点和显著优点:(1)与在实验室内的雷击测试技术方案相比，本技术所提供的测试系统，需要的试验设施简单，成本较低，并可获得比较精确的叶片抗雷击能力性能参数，以满足叶片防雷设计研发与检测的需求。而且由于可以选择叶片实际工作的环境进行试验，能比较真实反应该环境下雷击的特点。(2)，本技术所提供的叶片抗雷击性能测试系统，既可利用野外自然雷击模式，也可利用人工引雷模式，对叶片开展雷击测试，采用便携式设备，测试雷击时叶片的导雷能力与响应参数。通过修改引雷单元，确定不同引雷单元对叶片防雷能力的影响。【附图说明】图1为实施本技术的抗雷击性能测试系统的叶片固定平台示意图。图2为本技术的叶片抗雷击性能测试系统的结构示意图。图3为本技术的叶片抗雷击性能测试系统中数据采集单元的结构示意图。【具体实施方式】为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶片抗雷击性能测试系统，包括设置在叶片外部的人工引雷单元、数据采集单元、接地防护单元和安装在叶片内部的被测试的防雷单元，其特征在于，‑‑所述叶片内部的被测试的防雷单元安装在叶片内部，包括安装在叶片表面上的接闪器和与之相连的设置在叶片内部的导出电缆，所述导出电缆的末端从叶根处伸出；‑‑所述人工引雷单元包括引雷火箭和金属丝，所述金属丝一端与引雷火箭连接，另一端可选择地与叶片上的接闪器连接；‑‑所述数据采集单元包括一电阻块、一高电压隔离前端和数据接收模块，所述电阻块一端与叶片内部的被测试的防雷单元的导出电缆连接，另一端与接地防护单元相连接，所述高电压隔离前端与所述电阻块并联，所述高电压隔离前端通过光纤与所述数据接收模块相连接，所述数据接收模块与计算机相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石可重，杨坤，赵晓路，徐建中，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11