一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及防雷系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及防雷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能是當(dāng)前技術(shù)最成熟、最具備規(guī)模開(kāi)發(fā)條件的可再生潔凈能源。風(fēng)能發(fā)電為人與自然和諧發(fā)展提供了基礎(chǔ)。由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是在自然環(huán)境下工作，不可避免的會(huì)受到自然災(zāi)害的影響。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來(lái)越大，為了吸收更多能量，塔架高度和葉輪直徑隨著增高，相對(duì)的也增加了被雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，雷擊成了自然界中對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行危害最大的一種災(zāi)害。雷電釋放的巨大能量會(huì)造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片損壞、發(fā)電機(jī)絕緣擊穿、控制元器件燒毀等。
[0003]我國(guó)沿海地區(qū)地形復(fù)雜，雷暴日較多，應(yīng)充分重視雷擊給風(fēng)力風(fēng)電機(jī)組和運(yùn)行人員帶來(lái)的巨大威脅。為了降低自然災(zāi)害帶來(lái)的損失，必須充分了解它，并做出有針對(duì)性的防范措施。風(fēng)機(jī)的防雷是一個(gè)綜合性的防雷工程，防雷設(shè)計(jì)的到位與否，直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)在雷雨天氣時(shí)能否正常工作，并且確保風(fēng)機(jī)內(nèi)的各種設(shè)備不受損害等。
[0004]還有一個(gè)問(wèn)題是設(shè)置在丘陵和山脊的風(fēng)力機(jī)的接地。這些地區(qū)的土壤導(dǎo)電性能相對(duì)較差。通常，現(xiàn)代大型風(fēng)力機(jī)的機(jī)艙罩用復(fù)合材料制成，例如用玻璃纖維加強(qiáng)塑料或木材層壓板。雷擊用這類(lèi)材料制造并未加防護(hù)的葉片時(shí)，由于這些材料不能傳導(dǎo)雷電流，總是出現(xiàn)損壞。因此，對(duì)這類(lèi)防雷要求是重要的。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩用玻璃纖維加強(qiáng)塑料制成，它們應(yīng)當(dāng)防直接雷擊風(fēng)力發(fā)電機(jī)是目前風(fēng)能利用的最廣泛最主要的設(shè)備。
[0005]而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到機(jī)艙罩內(nèi)部電氣回路，機(jī)艙罩相當(dāng)于風(fēng)電系統(tǒng)的保護(hù)殼，因此機(jī)艙罩的防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理與否直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)以及設(shè)備的安全。由于機(jī)艙罩是承受直擊雷，無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，需要在設(shè)計(jì)之初應(yīng)該考慮雷電流大小、方向。因此機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性就顯得尤為重要了。傳統(tǒng)的機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是通過(guò)機(jī)艙罩頂部安裝避雷針，并結(jié)合機(jī)艙罩下引線(xiàn)并貫穿罩體進(jìn)行雷電流疏導(dǎo)，其存在一定防雷局限性，無(wú)法全方位進(jìn)行保護(hù)機(jī)艙罩的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法及防雷系統(tǒng)，以全方位進(jìn)行保護(hù)機(jī)艙罩。
[0007]為解決上述問(wèn)題，發(fā)明采用的技術(shù)方案包括機(jī)艙罩以及安裝在機(jī)艙罩后端的避雷針裝置，其特征在于:通過(guò)滾球法找到機(jī)艙罩薄弱點(diǎn)，并在薄弱點(diǎn)位置安裝防雷接閃器，通過(guò)機(jī)艙罩防雷接閃器設(shè)計(jì)及排布，并與設(shè)在機(jī)艙罩內(nèi)部的導(dǎo)線(xiàn)連接，使機(jī)艙罩形成法拉第罩。
[0008]所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述的滾球法包括如下步驟:
1)、在機(jī)艙罩尾部垂直向下水平地面位置為起點(diǎn)；
2)、采用半徑為hr的滾球，一點(diǎn)相切于塔架，另一點(diǎn)相切于機(jī)艙罩尾部下方水平地面； 3)、隨著滾球沿著機(jī)艙罩尾部下方塔架往上滾動(dòng)，當(dāng)滾球在機(jī)艙尾部下方時(shí)，有一點(diǎn)與塔架相切，另一點(diǎn)與機(jī)艙罩尾部下方相切，其中間弧線(xiàn)范圍內(nèi)為其保護(hù)范圍；
4)、在機(jī)艙罩尾部下方相切點(diǎn)作為機(jī)艙罩防雷接閃器的其中一處安裝位置；
5)、隨著滾球繼續(xù)沿著機(jī)艙罩滾動(dòng)，當(dāng)滾球一點(diǎn)相切于機(jī)艙罩尾部上方，另一點(diǎn)相切于機(jī)艙罩頂部避雷針，機(jī)艙罩尾部上方與滾球相切點(diǎn)作為機(jī)艙罩防雷接閃器的又一處安裝位置；
6)、隨著滾球沿著機(jī)艙罩移動(dòng)至機(jī)艙罩頂部，滾球一點(diǎn)相切于機(jī)艙罩頂部避雷針，另一點(diǎn)則相切于葉片上，機(jī)艙罩頂部位置無(wú)須安裝接閃器裝置。
[0009]所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述的滾球法還包括如下步驟:
7)、在距離地面hr處作一條平行于地面的直線(xiàn)LI，垂直于塔架；
8)、以hr為半徑作為圓球，其弧線(xiàn)與直線(xiàn)L1、塔架相切；
9)、在距離地面hr處作一條平行于地面的直線(xiàn)L2，垂直于塔架；
10)、以hr為半徑作為圓球，其弧線(xiàn)與直線(xiàn)L2、塔架、機(jī)艙罩相切；
11)、機(jī)艙罩相切點(diǎn)即為機(jī)艙罩接閃器安裝位置。
[0010]—種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)，根據(jù)上述所述設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)，包括機(jī)艙罩以及安裝在機(jī)艙罩后端的避雷針裝置，所述避雷針裝置包括框架以及安裝在框架上的避雷針，所述框架底部接有接地電纜，其特征在于:所述機(jī)艙罩后端通過(guò)所述滾球法安裝防雷接閃器，所述防雷接閃器之間通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接、且與所述接地電纜連接，所述導(dǎo)線(xiàn)安裝在機(jī)艙罩內(nèi)部。
[0011]所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)，其特征在于:所述防雷接閃器通過(guò)三根圓鋼柱按“T”字型結(jié)構(gòu)焊接形成，其底部設(shè)有安裝板、前端設(shè)有尖部。
[0012]所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)，其特征在于:所述框架包括縱桿、大橫桿以及與大橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)連接的伸縮拉桿，所述大橫桿兩端均安裝避雷針。
[0013]所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)，其特征在于:所述避雷針上端與焊接在大橫桿上的扶桿固定連接。
[0014]所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)，其特征在于:所述兩端的避雷針上方設(shè)置有小橫桿，所述小橫桿兩端分別安裝風(fēng)速儀、風(fēng)向儀。
[0015]所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)，其特征在于:所述大橫桿兩端的延伸部分別安裝航空障礙燈。
[0016]所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)，其特征在于:所述縱桿底部連接大吊耳螺栓，所述大吊耳螺栓通過(guò)螺栓與墊板連接。
[0017]所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)，其特征在于:所述避雷針套設(shè)在套管上、并通過(guò)固定裝置固定，所述套管固定在大橫桿和扶桿上。
[0018]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，利用所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組滾球法的原理，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩各個(gè)薄弱點(diǎn)進(jìn)行防護(hù)，全方位保護(hù)機(jī)艙罩，提高了機(jī)組安全性。
[0019](2)重新對(duì)機(jī)艙罩防雷接閃器設(shè)計(jì)，在防雷保護(hù)過(guò)程中，對(duì)機(jī)艙罩防雷接閃器進(jìn)行合理排布，作為機(jī)艙罩防雷釋放點(diǎn)，是至關(guān)重要的。增加機(jī)艙罩雷擊保護(hù)點(diǎn)，提高了機(jī)艙罩雷擊安全性，避免機(jī)艙罩內(nèi)部電氣元器件的干擾，同時(shí)也提高了通訊的穩(wěn)定性。滾球法原理簡(jiǎn)單，構(gòu)思巧妙，易于實(shí)現(xiàn)。
[0020](3)利用所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷接閃器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提高了機(jī)組安全性，成本較低，便于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022]圖1是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩尾部滾球法防雷示意圖；
圖2是本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩右側(cè)滾球法防雷示意圖；
圖3、4是本發(fā)明避雷針裝置不同角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5、6是本發(fā)明防雷接閃器不同角度的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明避雷針裝置的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1:
參照?qǐng)D1至圖2所示，本發(fā)明的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以2.5MW型，輪轂其中心高度為80m的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，通過(guò)滾球模型的分別找出機(jī)艙罩防雷薄弱點(diǎn)。
[0024]當(dāng)雷電從機(jī)艙卓尾部后部右側(cè)來(lái)襲時(shí)，機(jī)艙卓后部右側(cè)兩個(gè)角均暴露于雷擊沮圍內(nèi)，詳見(jiàn)圖2。本發(fā)明通過(guò)滾球法找到機(jī)艙罩薄弱點(diǎn)，并在薄弱點(diǎn)位置安裝防雷接閃器3，通過(guò)機(jī)艙罩防雷接閃器3設(shè)計(jì)及排布，并與設(shè)在機(jī)艙罩I內(nèi)部的導(dǎo)線(xiàn)4連接，使機(jī)艙罩I形成法拉第罩，使機(jī)艙罩形成屏蔽網(wǎng)，保護(hù)機(jī)艙罩及機(jī)艙罩內(nèi)部電氣元器件。當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，通過(guò)機(jī)艙罩防雷接閃器引導(dǎo)雷電流，傳至主機(jī)架，再傳導(dǎo)至塔架，最終傳導(dǎo)至大地。上述所述的導(dǎo)線(xiàn)4具體采用銅編織帶。
[0025]上述的滾球法包括如下步驟:
I)、在機(jī)艙罩尾部B垂直向下水平地面位置為起點(diǎn)，在此處作hr=45m為半徑滾球。所述的滾球半徑hr=45m，按《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010建筑物的分類(lèi)相關(guān)條款，對(duì)滾球半徑hr取值。其中，第一類(lèi)建筑物為hr = 30米，第二類(lèi)建筑物為hr = 45米，第三類(lèi)建筑物為
hr = 60 米 O
[0026]2)、采用hr=45m為半徑作為滾球，一點(diǎn)相切于塔架，另一點(diǎn)相切于機(jī)艙罩尾部下方水平地面。
[0027]3)、隨著hr=45m的滾球沿著機(jī)艙尾部下方塔架往上滾動(dòng)，當(dāng)滾球在機(jī)艙尾部下方時(shí)，有一點(diǎn)與塔架相切，另一點(diǎn)與機(jī)艙罩尾部下方相切，其中間弧線(xiàn)范圍內(nèi)為其保護(hù)范圍。
[0028]4)、在機(jī)艙罩尾部下方相切點(diǎn)作為機(jī)艙罩防雷接閃器的一處安裝位置。
[0029]5)、隨著hr半徑滾