[发明专利]一种分段式外覆金属屏蔽网的风机叶片接闪系统

说明书

本发明公开了属于雷击防护技术领域的一种分段式外覆金属屏蔽网的风机叶片接闪系统。包括位于风机叶片尖端的金属叶尖，与金属叶尖相连的处于风机叶片内部的引下线，外覆于风机叶片表面的金属屏蔽网，以及与金属屏蔽网和处于风机叶片内部的引下线相连接的金属导体。其中根据风机叶片表面雷电防护区域的划分，在风机叶片遭受直击雷的雷电防护区域，至少包含三段金属屏蔽网，金属屏蔽网贴合风机叶片外形粘接且暴露于空气中，并与叶片内部的引下线可靠连接。相较于传统接闪器而言，本系统大大提升了接闪部件的有效接闪面积，有效提升了风机叶片的雷击接闪成功率，从而保护风机叶片以减少雷击造成的损伤。

技术领域

本发明涉及雷击防护技术领域，尤其涉及一种分段式外覆金属屏蔽网的风机叶片接闪系统。

背景技术

在风力发电的快速发展过程中，雷击防护是目前亟需解决的重大技术问题。雷电是一种强烈的大气长距离放电现象，它能够直接或间接地对诸多设施造成损害。作为高耸突出的物体，风电机组长期暴露在复杂的大气环境中，在雷雨天气下极易遭受雷击；此外，随着风电机组单机容量的增加，风机塔筒和叶轮直径也随着增大，风机愈加容易遭受雷击。

根据IEC61400-24针对风机叶片防雷接闪系统设计的建议，目前风机叶片的接闪系统设计普遍采用接闪器-引下线型式，即在叶片表面设置裸露金属，通过与叶片内部的引下线连接，使得叶片遭受雷击时，雷电流可以传导至叶根，进而通过塔筒传导至大地。然而，根据现场统计数据，这种接闪系统设计未能对叶片形成有效地雷电防护。美国德克萨斯州和伊利诺伊州某风电场长达5年的观测数据指出，508台风机每台平均每8.4年遭受一次雷击，以风机寿命20年计算，其运行服役期间因雷击导致的叶片损伤将发生2～3次；仅中国而言，据中国农机工业协会风能设备分会数据统计，2016年全国风电场因雷击造成的叶片受损率高达1％，部分高雷暴区可达5％，保守估计每年因雷击造成的叶片损伤高达3000片。此外，叶片制造还采用主梁包覆金属网的接闪系统设计，由于叶片长度通常在50m以上，需要耗费大量金属网，也会增加叶片整体重量；此外，为使金属网在风机长期运行中免于脱落，常在金属网表面涂覆环氧树脂粘接胶，这种做法往往使得金属网的雷电接闪能力大大下降，仅保留雷电流导流能力，不利于风机叶片直击雷的防护。根据风电场监测数据的分析结果，将近90％的雷击事故发生在叶尖5m范围内，10％发生在距叶尖5～10m范围内，而在距叶尖20m之后的范围，叶片通常免于遭受直接雷击；研究学者根据遭受的雷击风险由高到低，将风机叶片表面划分为4个雷电防护区域(Lightning Protection Zone,LPZ)，具体而言，叶片尖端前1m范围为LPZ0A₁区域，距离叶片尖端1m至5m范围为LPZ0A₂区域，距离叶片尖端5m至20m为LPZ0A₃区域，距离叶片尖端20m之后将不遭受直接雷击，划分为LPZ0B区域。

发明内容

本发明的目的是提出一种分段式外覆金属屏蔽网的风机叶片接闪系统，其特征在于，包括：风机叶片(1)、叶片前缘(12)、叶片后缘(11)、金属叶尖(2)、第一金属屏蔽网(31)、第二金属屏蔽网(32)、第三金属屏蔽网(33)、引下线(4)、环氧树脂粘接剂(5)、金属连接导线(6)、金属连接部件(7)和主体结构层(8)；

其中，金属叶尖(2)位于风机叶片(1)的尖端，引下线(4)与金属叶尖(2)相连并处于风机叶片(1)的内部，风机叶片(1)表面外覆第一金属屏蔽网(31)、第二金属屏蔽网(32)和第三金属屏蔽网(33)，引下线(4)与金属连接导线(6)和金属连接部件(7)相连接。

在风机叶片(1)上，包含3段金属屏蔽网；在距离风机叶片(1)尖端5m范围内，全部覆设第一金属屏蔽网(31)；在距离风机叶片(1)尖端20m处，覆设一段宽度为1m，包围风机叶片(1)外表面一周的第三金属屏蔽网(33)；在距离风机叶片(1)尖端5m至20m区域内，覆设一段宽度为1m，包围风机叶片(1)外表面一周的第二金属屏蔽网(32)。

第一金属屏蔽网(31)、第二金属屏蔽网(32)和第三金属屏蔽网(33)分别与引下线(4)相连。