与风叶气动性互补的消雷阵列及无源等离子拒雷系统技术方案

一种与风叶气动性互补的消雷阵列及无源等离子拒雷系统，包含基板、阵列针和固定部，基板和阵列针为导电体，该基板一端和固定部连为一体，该基板通过该固定部连接在风叶的顶端部，该基板的另一端部设有阵列针，该阵列针为锯齿边，所述的锯齿边包含若干个锯齿；强电离放电单元安装于风叶内，该强电离放电单元的电极A通过第一导体连接消雷阵列的基板,电极B通过第二导体连接接地单元；高位风叶端距地面约120米时，低位风叶端距地面约30米,全方位防护高、低空雷击；本发明专利技术适用于风电站改善风叶气动性和直击雷防护。

Lightning suppression array and passive plasma lightning rejection system complementary to blade aerodynamic

A lightning suppression array and passive plasma lightning rejection system complementary to the aerodynamic performance of the wind blade, including a base plate, an array pin and a fixed part, wherein the base plate and the array pin are conductive bodies, one end of the base plate is connected with the fixed part, the base plate is connected with the top part of the wind blade through the fixed part, the other end of the base plate is provided with an array pin, the array pin is a serrated edge, and the serrated edge comprises a number of The strong ionization discharge unit is installed in the wind blade, and the electrode a of the strong ionization discharge unit is connected with the base plate of the lightning suppression array through the first conductor, and the electrode B is connected with the grounding unit through the second conductor; when the end of the high-level wind blade is about 120 meters from the ground, the end of the low-level wind blade is about 30 meters from the ground, so as to comprehensively protect the high and low-level lightning stroke; the invention is applicable to improving the aerodynamic performance and direct lightning stroke of the wind blade in the wind power station Protection.

【技术实现步骤摘要】
与风叶气动性互补的消雷阵列及无源等离子拒雷系统
：本专利技术涉及防雷和风叶气动
，特别是涉及一种与风叶气动性互补的消雷阵列及无源等离子拒雷系统。
技术介绍
：风电机组,特别是风电机组的风叶遭受雷击损坏是风叶损坏的主要原因，由于风力发电机组的风叶高度较高和端部尖窄则在雷云电场感应下具有尖端效应而成为机组中最易遭受直接雷击的异突部件。雷击造成风叶损坏主要有两个方面：一方面是雷电击中叶尖后，释放大量能量，强大的雷电流使叶尖结构内部的温度急骤升高，水分受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，造成叶尖结构爆裂破坏，严重时使整个风叶开裂；另一方面雷击造成的巨大声波，对风叶结构造成冲击破坏。风叶受到雷击损害后的维修或更换都是耗资耗时和难度极大的事故，风叶的雷击损坏对全球风电行业来说都是一个突出的运行障碍，风叶的防雷一直是个全球性的难题。现在国际上有很多厂商在风叶的设计和制作上采用了多种防雷方法，比如，在风叶内部或背面安置接闪器类避雷针及避雷线，或在风叶翼面复合材料中加入具有良好导电性能和比重轻的碳纤维新材料，并在叶尖部位配置金属接闪器，通过接地线与风叶法兰连接，再由轮毂通过机舱内的接地线经钢塔架接入地网形成雷电通道。当雷电击中风叶时，强大的雷电流通过雷电通道泄入大地，以期能够实现避雷而不致对风叶及其他设备造成损坏。这样实际上风叶成了引雷针，接闪周围的雷电并泄放强大的雷电流，因此要求雷电通道阻抗必须很小，连接导线要有足够导电截面及良好的导电性，接地网一定要保证在不少现场难以实现的足够小的接地电阻值,否则将带来强反击过电压和电磁脉冲辐射过电压,损坏强弱电和机械设备。大量运行统计资料表明：引雷入地即“引狼入室”。因此，防雷界著名专家们呼吁：避雷针一般应该停用！鉴于除异突的风叶易遭受雷击外，风电机组周围的输变电设施也同样容易遭受雷击，因此出现了针对风电场整体防雷的方案，即所谓的区域防雷，在风电场来雷气流通道的前端区域安装避雷针塔，以期阻截顺流侵入风电场的雷电顺流侵入风电场。但是对于面积极大的风力发电场，雷电侵入通道方位存在很大的随机性和全方位性(例如由山底飘升的能量和危害较顶空负极性雷更大的正极性雷)，在水平气流通道入口处装设避雷针塔只能很有限地解决极少数风叶及其周围输变电设施被雷击的问题，并且高大的避雷针塔的建设成本高昂，而且不能实现全方位防雷，因此在防雷可靠性和实用性方面受到很大限制而难以推广应用。中国专利技术专利申请201510340729“无源复合强电离放电等离子拒雷装置”该拒雷装置简称PCPLR。具体地，该装置包括消雷阵列雷云电荷(场)聚消单元(消雷阵列)、强电离放电单元和接地导体，其特征在于:该强电离放电单元的放电器包含两电极，其中电极A与消雷阵列连接为一体，电极B与接地导体连接，两电极之间以绝缘支座隔开和固定放电间隙。将LEA无源等离子体产生技术构成的消雷阵列与采用新的“多细线效应”无源强电离放电等离子体产生技术构成的强电离放电单元复合,并与接地导体连接，由雷云电场激励，复合强电离放电产生数10mC/s消散电荷(即数10mA消散电流)，高效中和消雷阵列及接地导体引聚的云、地电荷±Q，有效抑制云-地间等效电容C的电压V＝Q/C增高而不被雷云充电至激发雷电先导和对地面放电击穿的水平，即雷云电场下保护角大于84°(也即保护半径为PCPLR安装高度的10倍)宽范围内的物体及PCPLR本体均免遭雷云电场放电击穿。虽然专利技术适用于各类固定和移动物体的直击雷防护。如果将现有的等离子拒雷装置(PCPLR)安装在风叶上，可以对起到拒雷效果，但是，根据等离子拒雷装置(PCPLR)原有的结构形式，将现有等离子拒雷装置(PCPLR)的消雷阵列安装在风叶上，即阵列仍为传统的美国式多短针或中国式少长针。图1现有技术等离子拒雷装置的消雷阵列示意图,如图所示,该消雷阵列包括:现有技术消雷阵列针11、现有技术消雷阵列针座12、现有技术消雷阵列安装法兰座23。消雷阵列包括一基座12和若干阵列针11，阵列针11以基座12为中心呈放射状固定在基座12上。而风叶在旋转时，其端部的线速度可达到200公里/小时以上,则安装在风叶顶端的消雷阵列将承受巨大的离心力，很容易变形和折断。此外，这类消雷阵列的结构装于风叶端部，与叶片翼型空气动力特性不能匹配而会影响其稳定和有效运行。目前，国内外成千上万的风力发电机组和风电场迫切需要有一种可为风叶和风电场输变电设施提供有效防雷的技术。为此本申请人经过反复试验和样机验证，设计了本专利技术的消雷阵列及其无源等离子拒雷系统。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于公开一种消雷阵列及其无源等离子拒雷系统，该消雷阵列适于安装在风力发电机组的风叶顶端部处，由于该消雷阵列为端部具有锯齿状结构，装于与风叶后，正好在风叶端部形成气动性防扰的机构，有利于风叶旋转的平稳性。本专利技术的技术目的是以如下技术手段来实施的：一种与风叶气动性互补的消雷阵列，包基板、阵列针和固定部，基板和阵列针为导电体，该基板一端和固定部连为一体，该基板通过该固定部连接在风叶的顶端部，该基板的另一端部设有阵列针，其特征在于：该阵列针为锯齿边，所述的锯齿边包含若干个锯齿。所述的基板、构成阵列针的锯齿边和固定部一体成型，所述锯齿边朝向离心力的方向放置。所述的锯齿边的每个锯齿的齿尖的夹角α为15゜到90゜；齿高h约为6mm到60mm；齿尖宽w约为3mm，齿厚δ由齿根到齿尖的厚度由15mm渐变为齿尖板厚约3mm。所述的导电体为金属材料或金属合金材料。所述的金属材料为不锈钢、钛铝合金、铜或铝合金。一种与风叶气动性互补的无源等离子拒雷装置，包括消雷阵列、强电离放电单元和接地单元，其特征在于；所述的消雷阵列为权利要求1至6所述的任意一种消雷阵列；该消雷阵列安装在风叶的顶端部，所述锯齿边朝向离心力的方向放置；强电离放电单元安装于风叶内，该强电离放电单元包含电极A和电极B(图中未标出)，该电极A通过第一导体连接消雷阵列的基板；该电极B通过第二导体连接接地单元。该强电离放电单元安装在风叶的根部。将所述消雷阵列的固定部用螺栓固定到风叶端部的原有金属接闪器上，将该原接闪器的接地引线连接至强电离放电单元的电极A上，电极B经接地联线连接到接地滑环连接到接地单元。本专利技术的无源等离子拒雷系统采用PCPLR将现有LEA无源等离子体产生技术构成的雷云电荷聚消单元(消雷阵列)与采用新的“多细线效应”无源强电离放电等离子体产生技术构成的强电离放电单元复合,并与接地导体连接，由雷云电场激励，复合强电离放电产生数10mC/s消散电荷(即数10mA消散电流)，高效中和雷云电荷聚消单元及接地导体引聚的云、地电荷±Q，有效抑制云-地间等效电容C的电压V＝Q/C增高而不被雷云充电至对地面放电击穿的水平，即雷云电场下保护角大于84°(也即保护半径为PCPLR消雷阵列安装高度的10倍)，实现风电机组及保护范围内的输变电设施均免遭雷云电场放电击穿。该系统可以安装在移动物体上,特别是安装在风电机组的风叶上,能有效避免风电机组遭受雷击，彻底解决了长期困扰风力发电行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与风叶气动性互补的消雷阵列，包基板、阵列针和固定部，基板和阵列针为导电体，该基板一端和固定部连为一体，该基板通过该固定部连接在风叶的顶端部，该基板的另一端部设有阵列针，其特征在于：该阵列针为锯齿边，所述的锯齿边包含若干个锯齿。/n

【技术特征摘要】
1.一种与风叶气动性互补的消雷阵列，包基板、阵列针和固定部，基板和阵列针为导电体，该基板一端和固定部连为一体，该基板通过该固定部连接在风叶的顶端部，该基板的另一端部设有阵列针，其特征在于：该阵列针为锯齿边，所述的锯齿边包含若干个锯齿。


2.根据权利要求1所述的消雷阵列，其特征在于：所述的基板、构成阵列针的锯齿边和固定部一体成型，所述锯齿边朝向离心力的方向放置。


3.根据权利要求1所述的消雷阵列，其特征在于：锯齿边的每个锯齿的齿尖的夹角α为15゜到90゜；齿高h约为6mm到60mm；齿尖宽w约为3mm，齿厚δ由齿根到齿尖的厚度由15mm渐变为齿尖板厚约3mm。


4.根据权利要求3所述的消雷阵列，其特征在于：所述的每个齿高h约为6毫米到20毫米。


5.根据权利要求3所述的消雷阵列，其特征在于：每个锯齿的齿尖的夹角α为30゜到60゜，齿高h约为20mm到60mm。


6.根据权利要求1所述的消雷阵列，其特征在于：所述的导电体为金属材料或金属合金材料。


7.根据权利要求6所述的消雷阵列，其特征在于：所述的金属材料为不锈钢、钛铝合金、铜或铝合金。

【专利技术属性】
技术研发人员：王昆生，
申请(专利权)人：王昆生，
类型：发明
国别省市：云南;53