[发明专利]一种风电机组叶片防雷接闪系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及风电机组叶片防雷技术领域，具体而言，涉及一种风电机组叶片防雷接闪系统。

背景技术

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。

发明内容

鉴于此，本发明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，本发明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。