[实用新型]一种水平轴风力机叶片抗雷击性能测试系统

说明书

技术领域

本实用新型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。

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。本实用新型就是为实现这一目标所提出的。

实用新型内容

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抗雷击性 能测试系统，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，本实用新型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

根据本实用新型的一个方面，提供了一种风力机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，其特征在于，

--所述叶片内部的被测试的防雷单元安装在叶片内部，包括安装在叶片 表面上的接闪器和与之相连的设置在叶片内部的导出电缆，所述导出电缆的 末端从叶根处伸出；

--所述人工引雷单元包括引雷火箭和金属丝，所述金属丝一端与引雷火 箭连接，另一端可选择地与叶片上的接闪器连接；

--所述数据采集单元包括一电阻块、一高电压隔离前端和数据接收模块， 所述电阻块一端与叶片内部的被测试的防雷单元的导出电缆连接，另一端与 接地防护单元相连接，所述高电压隔离前端与所述电阻块并联，所述高电压 隔离前端通过光纤与所述数据接收模块相连接，所述数据接收模块与计算机 相连接。

优选地，所述电阻块具有大功率小电阻值。

优选地，所述高电压隔离前端具有电压测量能力。

优选地，所述接地防护单元由接地电缆构成。

该系统工作原理为：在雷雨频发的季节，采用自然引雷或人工引雷的方 式，将雷电导入到叶片的接闪器，雷击产生的电流通过叶片防雷系统的电缆 导入到具有大功率小电阻值的电阻中，并通过接地防护系统引入到地下。此 时，雷击的电流信号可以转化为电阻上的电压信号，具有电压测量能力的高 电压隔离前端可测量出这一电压信号，并完成数字化转换，转换后的数字信 号通过光纤传输到数据接收模块，并通过计算机实现对数据的观察与分析。 由此可完成对雷击信号的观察和评估。

开展试验时，可根据现场情况，选择采用自然采雷，还是采用发射火箭 进行人工引雷的方法，对叶片进行雷击。

试验期间，数据采集单元保持长期监测状态，当有雷击发生击中叶片时， 相应的雷击信号将记录在计算机中。由此可以获得叶片所承受的雷电信号的 强弱，通过比较长期的监测，可以获得叶片所承受的多种雷击信号。

对每次雷击后，叶片及防雷单元是否遭受破坏，以及若发生破坏，其破 坏程度进行观察与记录。测试与记录雷电大电流通过时，防雷单元各个部件 的可靠性。例如叶尖及叶中接闪器、电缆接头或固定点在通过大电流时有无 损坏及损坏程度，有无电弧放电引起局部强烈高温及高温对叶片的影响等。