风力发电机组叶片防雷除冰系统技术方案

本发明专利技术涉及风机叶片防雷技术领域，公开一种实现风力发电机组叶片防雷除冰系统，以实现风机叶片在防雷与除冰模式间的智能切换。系统包括：各传感器，分别用于实时测量环境温度、风速、覆冰厚度；直流融冰电源由机舱轮毂电机引入，经半桥整流电路产生低压大电流，直流电源输出经滑环后连接至叶片上的除冰/接地开关；雷电浪涌防护器件的两个接线端分别与金属网两端连接；金属网的两端分别与除冰/接地开关连接以对应直流融冰电源的正负端，并经避雷引下线接地；控制主机用于连接并控制除冰/接地开关在除冰模式下将直流电源电缆与叶片金属网连接，并在切换至防雷模式时，断开叶片金属网与直流电源电缆之间的连接并将叶片金属网接地。接地。接地。

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组叶片防雷除冰系统


[0001]本专利技术涉及风机叶片防雷
，尤其涉及一种通过金属网实现风力发电机组叶片防雷除冰系统。

技术介绍

[0002]风能作为新能源的一种，具有清洁、可再生、永不枯竭等优点，因而得到了广泛的应用。我国南方(湖南、云南和贵州等省)风电场多分布于冬季覆冰严重的高寒山区，具有冬季温度低、湿度大的特殊气候特征，导致冬季风机叶片覆冰引发的风机停机、损毁等事故频发。例如：2020年冬季覆冰期间，湖南省风电机组因覆冰退出备用多达1184台，全省500万千瓦装机容量的风机出力仅10万千瓦，全省因风机冰冻退备损失电量约2.7亿kW
·
h，造成湖南省内供电短缺；2021年1月，贵州持续寒潮天气导致风机叶片大面积覆冰，造成累计403台风力发电机组停运，严重影响新能源供电可靠性。
[0003]与此同时，风力发电机组高度高，且位于山顶空旷位置，易遭受雷电直击，导致叶片雷击损坏事故频发。根据我国西南地区700台风力发电机组雷击损伤调查统计，叶片雷击事件数量占比达52％，单次经济损失平均5万元。国内南方某风场的统计数据显示，仅风机桨叶的雷击损坏率就达到5.56片/(百片
·
年)。
[0004]现有的叶片除冰主要有气热除冰与电热除冰两种方法，气热除冰方法在叶片内部通以热空气进行除冰，但叶片本身为绝热材料，除冰效率不足，且很多叶片内部未提前安装气道，导致难以推广应用。电热除冰在叶片表面敷设导电碳布进行除冰，但存在增加了叶片雷击损坏的风险。
[0005]现有的叶片防雷通过在防雷技术主要在叶片表面安装若干接闪器，通过接地引下线将雷电流导入大地，但叶片面积大，现有的叶片接闪器难以将有效引雷，导致叶片本体的复合纤维材料遭受雷击损坏的风险激增。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于公开一种风力发电机组叶片防雷除冰系统，以实现风机叶片在防雷与除冰模式间的智能切换。
[0007]为达上述目的，本专利技术公开的风力发电机组叶片防雷除冰系统包括：
[0008]传感器、控制主机、直流加热电源、除冰/接地开关、雷击浪涌防护器件和金属网；
[0009]各所述传感器，分别用于实时测量环境温度、风速、覆冰厚度，并将采集数据传递至所述控制主机的运算处理器进行相应处理；
[0010]所述直流融冰电源由机舱轮毂电机引入，经半桥整流电路产生低压大电流，直流电源输出经滑环后连接至叶片上的除冰/接地开关；
[0011]雷电浪涌防护器件的两个接线端分别与金属网两端连接，以防止感应与直击雷电流损坏直流电源；
[0012]所述金属网的两端分别与除冰/接地开关连接以对应直流融冰电源的正负端，并
经避雷引下线接地；
[0013]所述控制主机，用于连接并控制所述除冰/接地开关在除冰模式下将直流电源电缆与叶片金属网连接，并在切换至防雷模式时，断开叶片金属网与直流电源电缆之间的连接并将叶片金属网接地；
[0014]其中，所述控制主机根据各传感器的数据匹配防雷模式或除冰模式的条件为：当环境温度大于0℃时，进入防雷模式，关闭融冰电源，同时将除冰开关接地；当环境温度小于或等于0℃，且覆冰厚度大于设定阈值时，进入除冰模式，启动融冰电源，并将除冰开关连接至直流除冰电缆位置，然后根据加热功率调整融冰电源输出功率，对叶片进行除冰，除冰完成后，再将除冰开关接地，进入防雷模式；所调整的融冰电源输出功率根据环境温度、风速、覆冰厚度和金属网的表面积计算得出。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：
[0016]结构简单，能实现风机叶片在防雷与除冰模式间的智能切换，防雷除冰效果良好！
[0017]下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0018]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0019]图1是本专利技术优实施例公开的风力发电机组叶片用防雷除冰电路拓扑结构。
[0020]图2为本专利技术优实施例公开的风力发电机组叶片用防雷除冰金属网及其布置方法；其中，图2A为易遭受雷击区域布置金属网的位置示意图，图2B为叶片易覆冰区域布置金属网的位置示意图。
[0021]图3为本专利技术优实施例公开的叶片防雷除冰方法实施流程。
具体实施方式
[0022]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0023]实施例1
[0024]本实施例公开风力发电机组叶片用防雷除冰电路拓扑结构如图1所示，包含传感器、运算处理器、直流加热电源、除冰/接地开关、雷击浪涌防护器件、防雷除冰金属网等部件组成。
[0025]传感器实时测量环境温度、风速、覆冰厚度等参数指标，并传递至运算处理器进行处理。
[0026]运算处理器根据实时监测数据计算装置运行于防雷或除冰模式，并控制直流加热电源以及除冰/接地开关。
[0027]直流融冰电源由机舱轮毂电机引入，经半桥整流电路产生低压大电流。
[0028]直流电源输出经滑环后连接至叶片上的除冰/接地开关。除冰模式下，开关将直流电源电缆与叶片金属网连接，直流电源连接至加热金属网加热除冰；防雷模式下，开关将叶片金属网接地，起到防雷作用。
[0029]雷电浪涌防护器件PSD的两接线端分别连接与金属网两端，防止感应与直击雷电
流损坏直流电源，雷电浪涌防护器件额定电压200
‑
300V，20次重复8/20μs防雷通流能力＞40kA，单次8/20μs防雷通流能力＞60kA。其中，雷电浪涌防护器在除冰与防雷模式切换下，状态不发生改变。
[0030]图2所示的防雷除冰金属网及其布置方法，金属网采用延展型铜网或者镍网，其加工工艺包括：
①
延展金属网由定制的精密金属网模具沿着一个方向撕裂、拉伸。经过罗拉辊被加工到最终的厚度，
②
退火：
③
使产品具有良好的延展性、金属内硬力，易曲折，提高抗疲劳性。表面处理：使产品表面更光滑、提高光泽度。
④
电沉积：使铜网产品具有抗氧化、耐腐蚀、耐盐雾的性能。其厚度为0.3
‑
0.4mm，网孔为正方形结构，开放面积53％，网孔边长3
‑
3.5mm。
[0031]金属网布置于风机叶片覆冰与雷击最严重区域，如图2A所示，叶尖4m
‑
5m位置为叶片易遭受雷击区域，在此位置全部敷设金属网进行防雷。在叶尖至叶根10％
‑
20％位置处的叶片前缘，如图2B所示，此处为叶片易覆冰位置，在此处敷设金属网，起到加热作用。其中，两区域的金属网连成一体，统称为防雷除冰金属网，可采用一体成型工艺制成。
[0032]图3所示的叶片防雷除冰切换方法实施流程，其具体步骤如下：
[0033]1)监测环境参数，如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组叶片防雷除冰系统，其特征在于，包括：传感器、控制主机、直流加热电源、除冰/接地开关、雷击浪涌防护器件和金属网；各所述传感器，分别用于实时测量环境温度、风速、覆冰厚度，并将采集数据传递至所述控制主机的运算处理器进行相应处理；所述直流融冰电源由机舱轮毂电机引入，经半桥整流电路产生低压大电流，直流电源输出经滑环后连接至叶片上的除冰/接地开关；雷电浪涌防护器件的两个接线端分别与金属网两端连接，以防止感应与直击雷电流损坏直流电源；所述金属网的两端分别与除冰/接地开关连接以对应直流融冰电源的正负端，并经避雷引下线接地；所述控制主机，用于连接并控制所述除冰/接地开关在除冰模式下将直流电源电缆与叶片金属网连接，并在切换至防雷模式时，断开叶片金属网与直流电源电缆之间的连接并将叶片金属网接地；其中，所述控制主机根据各传感器的数据匹配防雷模式或除冰模式的条件为：当环境温度大于0℃时，进入防雷模式，关闭融冰电源，同时将除冰开关接地；当环境温度小于或等于0℃，且覆冰厚度大于设定阈值时，进入除冰模式，启动融冰电源，并将除冰开关连接至直流除冰电缆位置，然后根据加热功率调整融冰电源输出功率，对叶片进行除冰，除冰完成后，再将除冰开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢鹏康，蒋正龙，胥望，付志瑶，王博闻，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司防灾减灾中心国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：