一种电加热风机雷电防护系统及方法与流程

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种电加热风机雷电防护系统及方法。

背景技术：

1、在风力发电领域，由于高海拔、低温、多雨、多电的特殊气象条件，风力发电机叶片上容易积累大量冰层影响风力发电机的性能，甚至会对其造成损坏，因此多采用电加热的方式进行防除冰。风电机组由于位置高，易遭受雷击。在运行过程中，电加热风机由于电加热的工作方式比传统风电机更易遭受雷击，影响电加热风机的正常运行。为了保证电加热风电机的安全，必须采取措施防止叶片遭受雷击。

2、电加热风机遭受雷击时除了叶片、机舱、加热膜遭遇直接雷击外，雷电直接或间接在电加热风机的供电线、信号线、控制线上产生耦合电流会使叶片防雷系统的控制系统和供电系统发生故障。因此，提高电加热风机的雷电防护能力，是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种电加热风机雷电防护系统及方法。本发明可有效地监测电加热风力发电机所处风场的雷电天气情况，并将该信息及时传递给雷电保护系统，以采取措施保护电加热风力发电机。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

3、一种电加热风机雷电防护系统，包括雷电监测系统、雷电控制系统和雷电保护系统；

4、所述雷电监测系统用于获取雷电活动相关数据，计算得到雷电强度及位置信息，并传递给雷电控制系统；所述雷电控制系统用于对雷电强度进行判断，根据判断结果控制雷电保护系统工作；所述雷电保护系统包括直接效应保护系统和间接效应保护系统，用于保护电加热风机正常工作。

5、作为本发明的进一步改进，所述雷电监测系统包括雷电监测设备、数据传输网络、数据处理及分析软件和雷电信息传输设备；所述雷电监测设备用于获取雷电活动相关数据，数据传输网络用于将雷电监测设备获取的相关数据传递给数据处理及分析软件，数据处理及分析软件计算得到雷电强度及位置信息；雷电强度和位置信息通过雷电传输设备传递给雷电控制系统。

6、作为本发明的进一步改进，所述雷电控制系统用于对雷电强度进行判断，当雷电强度低于设定电流强度时，则不启动雷电保护系统，加热除冰叶片正常工作，进行除冰；当雷电强度高于设定电流强度时，则启动雷电保护系统，将加热膜浮地，雷电定向引导至叶片后缘，最终通过轮毂、机舱、塔筒传导至大地。

7、作为本发明的进一步改进，所述直接效应保护系统包括防雷导电层、防雷引下线、加热膜、绝缘屏蔽层和除冰断路设备；

8、所述防雷导电层是金属箔、金属网或防雷导流条，安装在叶片顶部后缘表面；

9、所述加热膜安装在叶片内部前缘位置，加热膜上覆盖一层绝缘材料形成绝缘屏蔽层；

10、所述除冰断路设备包括加热电路、控制电路和信号电路；控制电路分别与加热电路和信号电路连接，根据信号电路发送的信号对加热电路进行开断控制；所述除冰断路设备通过防雷引下线与防雷导电层连接。

11、作为本发明的进一步改进，所述间接效应保护系统包括引下线屏蔽层、供电线spd浪涌保护器、控制线spd浪涌保护器和供电/控制系统雷电抑制器；

12、所述引下线屏蔽层安装在防雷引下线的表面，用于减小雷电在防雷引下线中传导时在供电线和控制线中产生的感应电流和感应电压；供电/控制雷电抑制器布置在机舱内部，供电线spd浪涌保护器和控制线spd浪涌保护器分别布置在叶片内部的供电线和控制线上。

13、作为本发明的进一步改进，所述雷电监测设备是雷电探测器、闪电定位系统或雷达。

14、作为本发明的进一步改进，所述雷电传输设备为无线或有线传输设备。

15、作为本发明的进一步改进，所述设定电流强度是15ka。

16、作为本发明的进一步改进，所述绝缘屏蔽层的绝缘材料采用聚酰亚胺材料。

17、一种电加热风机系统雷电防护方法，包括以下步骤：

18、s1，根据雷电流预测系统对天气和大气电场的变化进行实时监测，获取雷电活动相关数据；

19、s2，根据雷电流预测系统将获取雷电活动相关数据进行分析处理，计算出雷电流强度及位置信息；将雷电流强度和位置信息传递给雷电控制系统；

20、s3，雷电控制系统根据雷电流强度数据进行参数判断，采用不同的防雷策略：

21、当雷电流强度低于设定电流强度时，则不启动雷电保护系统，加热除冰叶片正常工作，进行除冰；当雷电流强度高于设定电流强度时，则启动雷电保护系统。

22、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

23、本发明一种电加热风机雷电防护方法通过雷电监测系统中的雷电监测设备实时监测电加热风机外部雷电天气情况，实时获取相关活动数据，具有实时性好、准确性高的优点；雷电监测系统继续对获取数据进行处理分析得到雷电强度及其位置信息，将其传递给雷电控制系统；雷电控制系统对雷电强度和设定的电流强度进行比较，判断是否启动雷电保护系统，采用不同的防雷策略：当雷电流强度低于设定电流强度时，则不启动雷电保护系统，加热除冰叶片正常工作，进行除冰；当雷电流强度高于设定电流强度时，则启动雷电保护系统。

24、本发明一种电加热风机雷电防护系统能够解决电加热风机叶片、机舱、加热膜遭遇直接雷击、雷电流直接或间接在电加热风机的供电线、信号线、控制线上产生耦合雷电流使叶片防雷系统的控制系统和供电系统发生故障的问题，能够有效地防止风力发电机组因雷击带来的机组安全性问题，保证电加热风机的正常运行，能够降低电加热风机叶片受到雷击损坏的概率。

技术特征：

1.一种电加热风机雷电防护系统，其特征在于：包括雷电监测系统(1)、雷电控制系统(2)和雷电保护系统(3)；

2.根据权利要求1所述的一种电加热风机雷电防护系统，其特征在于：所述雷电监测系统(1)包括雷电监测设备(11)、数据传输网络(12)、数据处理及分析软件(13)和雷电信息传输设备(14)；所述雷电监测设备(11)用于获取雷电活动相关数据，数据传输网络(12)用于将雷电监测设备(11)获取的相关数据传递给数据处理及分析软件(13)，数据处理及分析软件(13)计算得到雷电强度及位置信息；雷电强度和位置信息通过雷电传输设备(14)传递给雷电控制系统(2)。

3.根据权利要求1所述的一种电加热风机雷电防护系统及方法，其特征在于：所述雷电控制系统(2)用于对雷电强度进行判断，当雷电强度低于设定电流强度时，则不启动雷电保护系统(3)，加热除冰叶片正常工作，进行除冰；当雷电强度高于设定电流强度时，则启动雷电保护系统(3)，将加热膜浮地，雷电定向引导至叶片后缘，最终通过轮毂、机舱、塔筒传导至大地。

4.根据权利要求1所述的一种电加热风机雷电防护系统及方法，其特征在于：所述直接效应保护系统包括防雷导电层(31)、防雷引下线(32)、加热膜(33)、绝缘屏蔽层(34)和除冰断路设备(35)；

5.根据权利要求1所述的一种电加热风机雷电防护系统及方法，其特征在于：所述间接效应保护系统包括引下线屏蔽层(41)、供电线spd浪涌保护器(42)、控制线spd浪涌保护器(43)和供电/控制系统雷电抑制器(44)；

6.根据权利要求2所述的一种电加热风机雷电防护系统及方法，其特征在于：所述雷电监测设备(11)是雷电探测器、闪电定位系统或雷达。

7.根据权利要求2所述的一种电加热风机雷电防护系统及方法，其特征在于：所述雷电传输设备(14)为无线或有线传输设备。

8.根据权利要求3所述的一种电加热风机雷电防护系统及方法，其特征在于：所述设定电流强度是15ka。

9.根据权利要求4所述的一种电加热风机雷电防护系统及方法，其特征在于：所述绝缘屏蔽层(34)的绝缘材料采用聚酰亚胺材料。

10.一种电加热风机系统雷电防护方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种电加热风机雷电防护系统及方法，属于风力发电机加热除冰领域，系统包括雷电监测系统、雷电控制系统和雷电保护系统；所述雷电监测系统获取雷电活动相关数据，计算出雷电强度及位置信息传递给雷电控制系统；所述雷电控制系统与雷电保护系统连接，对雷电强度与设定的电流强度进行比较，控制雷电保护系统启动；所述雷电保护系统以间接保护和直接保护的方式对电加热风机进行雷电防护，能够有效地防止电加热风机因雷击带来的安全性问题，保证电加热风机的正常运行，能够降低电加热风机叶片受到雷击损坏的概率。技术研发人员：张丽辉,王冰佳,童博,敖海,文军,谭光道,徐超,赵江,杨文云,胡辉,吴孝伟,刘勇,付荣方,周世银,孟鹏飞受保护的技术使用者：华能威宁风力发电有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20