[发明专利]一种水平轴风力机叶片抗雷击性能测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种水平轴风力机叶片的抗雷击性能测试系统及方法，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。该方法特点在于，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。

技术领域

本发明涉及机械行业风力发电技术领域，尤其涉及一种水平轴风力机叶片的抗雷击性能测试系统及方法。

背景技术

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。本发明就是为实现这一目标所提出的。

发明内容

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雷击测试的方法，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，本发明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

根据本发明的一个方面，提供了一种风力机叶片抗雷击性能测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在雷电易发生的野外环境下，构建一叶片固定平台；

2)将所要测试评估的叶片安放在固定平台上，通过叶根螺栓将叶片与固定平台相固定，使得叶片叶尖向上，直立在固定平台上；

3)所构建的雷击测试系统，具体包括人工引雷单元、数据采集单元、接地防护单元和被测试的安装在叶片内部的防雷单元。

人工引雷单元包括引雷火箭，以及与之相连的金属丝。当需要采用人工引雷时，金属丝的另一端应与叶片相连接。

数据采集单元主要包括一个具有大功率小电阻值的电阻块、一个具有电压测量能力的高电压隔离前端、数据接收模块、光纤等。其连接模式为叶片内部的防雷单元的导出电缆，与大功率小电阻相连接，电阻的另一端与接地防护单元相连接。而具有电压测量能力的高电压隔离前端与电阻并联，同时，将该前端通过光纤与数据接收模块相连接。数据接收模块再与计算机相连接。

叶片内部的防雷单元，是由具体测试叶片供应商所提供的，并已安装在叶片内部，并由导电电缆从叶根处连出。

接地防护单元由接地电缆构成，其导电要求，应与所测试叶片的导电要求相一致。