风电机组叶片防雷接闪器技术.pdf

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1、680化工机械2014年摘供关由风电机组叶片防雷接闪器技术王凯+程林志史航仝世伟刘二恩张明辉(许昌许继风电科技有限公司)要介绍了风电机组的雷击危害、叶片防雷措施和叶片防雷接闪器技术，为叶片防雷结构的设计提参考。键词风电机组接闪器叶片防雷图分类号TQ021．9文献标识码B文章编号0254-6094(2014)05-0680_03雷电是自然界中一种常见的放电现象，雷击释放出的巨大能量对建筑物和高空物体都有着严重的危害。现代风电机组类似于高大建筑物，具有遭受雷击的相关特性，其高度超过150m，且常布置在旷野、山地及海边等非常容易受到雷击的场地。风电机组的

2、许多暴露部件(如叶片和机舱盖)往往由不能承受雷击的材料或不能传导雷电流的复合材料制成，叶片和机舱是旋转的，不利导流，雷电流必须通过风力发电机组传导至地面，雷电流的有效部分会直接通过几乎所有风力发电机的组件⋯。因此，即使做了防雷保护，还可能会使风电机组遭受雷击损坏。此外，风电机组是风场的贵重设备，价格占风电工程投资的60％以上。若风电机组特别是叶片和发电机遭受雷击时，除了损失维修期间发电所得之外，还要负担受损部件拆装和更新的巨大费用旧1。因此，为避免风电机组遭受雷击，减少损失，笔者介绍了可用于风电机组叶片防雷的接闪器技术。1雷击对叶片的危害风力发电机

3、组的叶片是由两半壳体和中间腹板组成的中空结构。目前叶片多为玻璃纤维增强复合材料，基体材料为环氧树脂∞1，辅材由轻木和硬质泡沫制成。由于叶片特有的材料和结构特点，其在遭受雷击后存在以下损坏：a．叶片表面复合材料开裂、灰化和雷击点的金属部件烧毁或熔化；b．雷电时在叶片内部的空腔体或内表面形成电弧，并在电弧周围形成压力冲击波，对叶片造成严重损坏；c．雷电流传导到复合材料层中间时，由于层间有潮气，内部电弧加热潮气引起压力冲击，使叶片爆裂，或使叶片表面沿前、后缘和叶片大梁处撕裂损坏，致使叶片表面裂纹，甚至导致叶片完全碎裂，严重时压力波会通过轮毂传导到没有遭雷

4、击的叶片上，引起联锁损坏；d．当在叶片外部形成雷电弧，或当雷电流通过横截面积不足的金属部分传导时，可能会发生轻微损坏。2叶片防雷措施叶片雷击保护的原理是将雷击电流从雷击点传导到轮毂。因此可以在叶片表面或内部固定金属导体，使雷击电流从雷击点沿着叶片表面或内部转移到叶片根部，避免在叶片内部形成雷击电弧；另，可在叶片表面上增加一层导电材料，使叶片有充足的导电能力，能够安全地把雷电流传导到叶片根部。叶片防雷措施主要有：在叶片表面或叶片内部安装接闪器；在叶片表面粘贴金属箔，形成分段式避雷带；在叶片表面增加导电材料。国外研究机构曾经做过有接闪器和无接闪器的高压

5、试验对比，结果证明：无接闪器时，叶片截}王凯，男，1985年11月生，工程师。河南省许昌市，461000。第4l卷第5期化工机械681雷58％；有接闪器时，截雷100％。因此装有接闪器的叶片更容易传导雷电，降低叶片损坏概率。3叶片防雷接闪器叶片接闪器防雷原理为：通过叶片表面的接闪器将雷电引入，电流通过叶片内部防雷导线传导至叶片根部的金属法兰或其他结构，再通过风机自身防雷系统将电流引导至大地，约束雷电，保护叶片(图1)。闪器图1叶片接闪器防雷原理示意图研究表明，叶片遭受雷击时，雷电的损害范围取决于叶片形式。叶片材料全部绝缘并不会减少被雷击的概率，反而

6、会增加被雷击的次数。全世界每年大约有1％～2％的运行风力发电机组叶片遭受雷击，大部分雷击事故只损坏叶片的尖部一1，同时其他部位也存在雷击现象，故叶片防雷接闪器结构一般采用叶尖+叶身防雷结构保护叶片免遭雷击。叶尖防雷结构可采用尖部柱体接闪器结构或铝尖接闪器结构。图2中尖部柱体接闪器采用铝板作为叶片内部固定物，叶片合模前将其安装在内部，叶片脱模后在表面打孔，然后将铜质铝柱(或其他材料)结构通过过渡配合安装在铝板上。这样可以使铝板和柱体结构紧密结合，保证接触面积和导电顺畅，但柱体结构安装较为困难，不易更换。铜图2尖部柱体接闪器结构简图图3中铝尖接闪器采用

7、叶片尖部为铝制叶尖，在叶片制造过程中将该结构与叶片本体粘接为一体。该结构接闪面积充足，并位于叶片的最高位置，可提升叶片接闪率，但由于叶尖为金属结构、叶身为玻璃钢结构，故对两种材料的兼容性和长期运行的磨损性提出了新的要求。铜尖图3铝尖接闪器结构简图叶身接闪器结构也有两种结构：第一类采用铜柱或铝柱A结构(图4a)，第二类采用铜柱或铝柱B结构(图4b)。A类柱体结构与尖部柱体接闪器结构类似，同样采用铝板和柱体过渡配合的方式进行连接。B类柱体结构分别在叶片迎风面和背风面安装接闪器，接闪器与内部固定板采用螺纹配合的方式连接，最终将对称的接闪器通过引线并人叶片

8、内部主导线上。B类柱体结构制造方法较为简单，并且接闪器出现问题后可拧出进行更换，但在安装时需注意避免螺纹受到污染。a闪器A