[实用新型]一种能在线监测的防直击雷限流保护系统及风力发电机

说明书

一种能在线监测的防直击雷限流保护系统，包括限流保护器101和在线监测仪；在线监测仪包括检测线圈102、输入保护单元103、检测单元104、CPU单元105、电源106、通讯单元107；限流保护器101与检测线圈102相配合，检测线圈102通过输入保护单元103与CPU单元105通讯连接，CPU单元105与通讯单元107作通讯连接；检测单元104与输入保护单元103、CPU单元105通讯连接，电源106分别与检测单元104、CPU单元105、通讯单元107供电连接。限制大雷电流通过，实时监测;风力发电机加装带在线监测的防直击雷限流保护系统后，减小的雷击电流不会对风机和叶片造成损伤。在线监测可合理预判该系统内限流器的有效期。

技术领域

本实用新型是一种能在线监测的防直击雷限流保护系统，属于智能避雷器技术领域，应用于风力发电机、高压传输线等离雷云较近区域的雷电防护。

背景技术

传统的富兰克林避雷针是一种引雷入地的装置，200多年来由于传统避雷针的普及应用，大大的减少了雷电对人、畜、物的直接伤害和破坏，但是随着近几十年来高压传输和风力发电的快速发展，富兰克林避雷针在实际应用中显露出它的一些局限性：

1、富兰克林避雷针接闪时，强大的雷电流通过避雷针、引下线、接地装置泄放入大地，这将会使整个泄流通道上产生很高的电压，当进入高压传输铁塔或风机后与泄流通道的距离达不到安全距离的要求时，泄流通道上的高电位会向附近的金属导体产生放电，引起由超高电位反击而造成的雷电灾害。

2、富兰克林避雷针作为直击雷保护装置时，其接地电阻必须符合GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》的要求。高山岩石等地质环境非常恶劣的地区，土壤电阻率都很高，如需制作接地电阻符合规范要求的地网，往往投资非常巨大，接地电阻值却未必满意。在雷击时，由于接地电阻偏大造成的地电位反击损坏设备的现象非常严重。

3、雷电流泄放入地时，将会在地面产生很高的跨步电压，跨步电压将会对人、畜造成生命危害，严重时还可能毙命。

4、富兰克林避雷针在接闪入地的过程中，强大的雷电流（数千安～数百千安）以极快的速度（微秒级）沿接闪器及引下线进入地中的过程中，对风力发电机来说可能使叶片内产生较大热能而对叶片造成损坏；同时雷电接闪对叶片表面材料也会产生较大的破坏，甚至因地电位高压反击造成风机上电器受损；对高压传输线则可能因地电位升高反击而造成线路跳闸，造成电力传输中断。

由于传统富兰克林避雷针在防雷中存在以上局限性，所以传统避雷针不太适合高压传输线路和风力发电机的引雷防护。

高压传输线路中的铁塔和避雷线都可起到引雷和接闪作用，当接闪的雷电流较小时（小于几个KA）不会产生破坏作用；但当接闪的雷电流太大，则可能会出现因地电位升高而造成反击，引起线路跳闸，从而产生电力传输中断。风机叶片本属风力发电机中用作迎风而带动传动轴进行发电的工具，同时也作为传统的防雷击引雷针用（叶片表面有2-3个金属接闪器，接闪器连接金属导线直到叶片根部，最后连接到风机轮毂的接地处）。当雷电流较小时，其作用显而易见，可以起到防雷作用；而当雷电流很大时（大于100KA以上），则可能起到反作用：一是使风机的对地电压变得很高（几十万伏），易对风机内部电器设备造成损坏；二是叶片遭遇特大雷电流通过时，对叶片表面和内部都可能造成一定程度的热损伤。经过风力发电几十年的运行情况来看，传统的叶片引雷防护已不能满足现在的使用需求，反而给风电行业带来许多烦恼。由于传统的避雷针是将雷电流引入大地，避雷针自身并不需要被保护，所以当避雷针只是引雷而不发挥其他功能时，则可放心使用，且避雷针使用寿命较长，一般短时间不需要更换维护。但风机叶片不仅发挥避雷针的作用，而更为重要的是其还属风力发电机上价高位重部件，而且在使用中叶片维护更换费用昂贵。因此，在雷电高发区域，当雷电流很大时，依靠传统防雷只能听天由命，因而导致雷电高发区域风电场叶片遭雷电破坏概率较高，经济损失较大。由此可见如何改变对风机叶片的雷电防护尤为重要且迫在眉睫。另外，由于传统避雷器都不具备实时监测的功能，当避雷器出现劣化和损坏时，维护人员无从知晓，故其使用效果存在很大的隐患。