一种叶片雷电监测系统及其方法与流程

本发明涉及雷电监测，尤其涉及一种叶片雷电监测系统及其方法。

背景技术：

1、随着国家能源结构的调整，尤其以风电为主的新能源发展迅猛，各整机厂在全国各地的装机量屡创新高。随着时间的流转，风机厂家的机组配置不断优化升级，相应性能不断提高，将向智慧风场、智慧风机、智慧叶片等逐渐延展，对于智能化和安全性提出了更高的要求。

2、早期风电机组配置的雷电记录卡安装年限较久，已经远远不能满足当前的使用需求，而且大部分配套厂家的产品，存在型号停产、厂家转型、性能能力不足等情况。随着风电行业的快速发展，目前在役机组超过15万台，叶片作为风机机组捕捉风能的关键部件，在不同雷暴严重区域内时常会发生雷击的故障情况，而且雷暴闪电是一种能对风机结构造成致命损害的高能现象，雷击的能量会对风力发电系统造成巨大的破坏，甚至还会导致二次伤害。雷击可能损坏叶片，而更换叶片的费用也是非常昂贵的。因此，风电行业急需一种能有效地对发生于系统上的雷击进行监测和评估的系统。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种叶片雷电监测系统及其方法，解决现有技术中存在的上述问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的一种叶片雷电监测系统，包括雷电监测控制柜、评估单元、雷电流光纤传感器和传感器光纤，所述雷电监测控制柜安装在轮毂内，所述雷电监测控制柜内安装有控制器，所述雷电流光纤传感器安装在每个叶片根部防雷引出线上，用于直接测量叶片雷电流的相关信息，所述传感器光纤安装在所述雷电监测控制柜与所述雷电流光纤传感器之间，所述雷电流光纤传感器将测量结果通过所述传感器光纤发送到所述评估单元进行计算，后进入所述控制器进行处理；所述雷电流光纤传感器包括光源、耦合器、偏振器、相位调制器、光纤线圈、反射镜、光电探测器和信号处理电路，所述光源发出的连续光经过所述耦合器到达所述偏振器后被转化为线偏振光以45°角度进入所述相位调制器，并由所述相位调制器分解为两束正交的线偏振光，所述线偏振光沿光纤的x轴和y轴传播，两束受到所述相位调制器调制后的光波进入感应光纤环，载流导线中流过瞬态的雷电流并在导线周围产生磁场，在电流产生的磁场的作用下，两束光波之间产生正比于载体电流的相位角，经所述反射镜反射后两束光波返回到所述相位调制器，并到达所述偏振器后发生干涉，干涉光信号经过所述耦合器进入所述光电探测器，所述光电探测器输出的电压信号被所述信号处理电路接收并运算，运算结果通过数字接口输出。

4、进一步的，所述载流导线中没有电流时，两束光波信号的相位差为零，所述信号处理电路的输出也为零；所述载流导线中有电流通过时，两束光波信号存在相位差其中,n是光纤的匝数，v是维尔德常量，i是被测电流，所述信号处理电路对相位差进行解调得到被测电流的数字值并输出。

5、进一步的，利用plcnext控制平台对所述雷电流光纤传感器采集到的实时数据进行预处理。

6、进一步的，所述雷电流光纤传感器采集到的实时数据存储在本地sftp服务器上，或者通过scada系统显示，或者使用附带的工业以太网协议接口进行与其他上位机系统的数据传输。

7、再进一步的，所述雷电流光纤传感器采用绑扎的方式安装在所述防雷引出线上。

8、本发明还提供一种叶片雷电监测方法，采用所述的叶片雷电监测系统，包括以下步骤：

9、s1、将三个雷电流光纤传感器分别安装在叶片根部的防雷引出线上，用于实时测量叶片雷电流的相关信息；

10、s2、雷电流光纤传感器将测量结果通过传感器光纤发送到评估单元进行计算，后进入控制器进行处理；

11、s3、控制器对雷电监测数据进行实时、长期的采集与存储，可方便风电场运维人员制定更合理的运维计划。

12、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

13、本发明的叶片雷电监测系统及其方法通过在叶片根部防雷引出线上加装雷电流光纤传感器，可直接测量叶片雷电流的相关信息，其中雷电流光纤传感器依据法拉第原理运转，发生雷击时，电涌电流在导线周围形成磁场，而传感器能够检测到该磁场，随后雷电流光纤传感器将测量结果通过传感器光纤发送到评估单元进行计算，并利用开放式plcnext软硬件架构的优势，一方面确保数据一致性，另一方面确保数据安全性，更加直接可靠。

14、本发明的叶片雷电监测系统能够监测并分析雷电流的所有重要参数，实时评估并远程发送信号，整合系统运行参数和测量数据，为控制和维护决策提供合理依据，能够实时监测机组的雷电流情况，并确定最大雷电流强度、雷电流上升率、电量、比能等雷电特性参数；对数据进行实时、长期的采集后，可方便风电场运维人员制定更合理的运维计划，例如对于有雷击记录的机组，应重点检查叶片的损伤情况，另外数据可供研究人员进行雷电对风机影响的研究参考；在长期的雷电监测中，随着雷雨季节的数据分析，可以预判风机停机检测及雷击损伤情况，减少停机时间，提高发电效率；还可对机组遭受的雷击情况准确监测并永久性记录，具备实时远程查看叶片雷击记录的功能，有助于制定合理的运维计划，提升运维效率，减少运维时长10％以上，减少因停机而造成损失电量，通过对雷击事件的统计分析，可对当前区域发生雷击的季节性、地点性进行量化，对于雷击多发区域的风机重点监测，对特定时间段、重点区域的风机进行有针对性的维护，提高发电效率，从而减少因叶片严重损坏而导致的停机、更换叶片等损失预计100万元/年。

15、本发明的叶片雷电监测系统采用光学传感器和光纤，可以有效规避雷电引流风险，提高获取数据的准确性，针对风机叶片雷电监测数据的长期挖掘来进行预处理和有效数据提取，从而保证监测对象关键数据的准确性和科学性，是保障准确性和可靠性的必要前提。

技术特征：

1.一种叶片雷电监测系统，其特征在于，包括雷电监测控制柜、评估单元、雷电流光纤传感器和传感器光纤，所述雷电监测控制柜安装在轮毂内，所述雷电监测控制柜内安装有控制器，所述雷电流光纤传感器安装在每个叶片根部防雷引出线上，用于直接测量叶片雷电流的相关信息，所述传感器光纤安装在所述雷电监测控制柜与所述雷电流光纤传感器之间，所述雷电流光纤传感器将测量结果通过所述传感器光纤发送到所述评估单元进行计算，后进入所述控制器进行处理；所述雷电流光纤传感器包括光源、耦合器、偏振器、相位调制器、光纤线圈、反射镜、光电探测器和信号处理电路，所述光源发出的连续光经过所述耦合器到达所述偏振器后被转化为线偏振光以45°角度进入所述相位调制器，并由所述相位调制器分解为两束正交的线偏振光，所述线偏振光沿光纤的x轴和y轴传播，两束受到所述相位调制器调制后的光波进入感应光纤环，载流导线中流过瞬态的雷电流并在导线周围产生磁场，在电流产生的磁场的作用下，两束光波之间产生正比于载体电流的相位角，经所述反射镜反射后两束光波返回到所述相位调制器，并到达所述偏振器后发生干涉，干涉光信号经过所述耦合器进入所述光电探测器，所述光电探测器输出的电压信号被所述信号处理电路接收并运算，运算结果通过数字接口输出。

2.根据权利要求1所述的一种叶片雷电监测系统，其特征在于，所述载流导线中没有电流时，两束光波信号的相位差为零，所述信号处理电路的输出也为零；所述载流导线中有电流通过时，两束光波信号存在相位差其中,n是光纤的匝数，v是维尔德常量，i是被测电流，所述信号处理电路对相位差进行解调得到被测电流的数字值并输出。

3.根据权利要求1所述的一种叶片雷电监测系统，其特征在于，利用plcnext控制平台对所述雷电流光纤传感器采集到的实时数据进行预处理。

4.根据权利要求1所述的一种叶片雷电监测系统，其特征在于，所述雷电流光纤传感器采集到的实时数据存储在本地sftp服务器上，或者通过scada系统显示，或者使用附带的工业以太网协议接口进行与其他上位机系统的数据传输。

5.根据权利要求1所述的一种叶片雷电监测系统，其特征在于，所述雷电流光纤传感器采用绑扎的方式安装在所述防雷引出线上。

6.一种叶片雷电监测方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任一项所述的叶片雷电监测系统，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种叶片雷电监测系统及其方法，包括雷电监测控制柜、评估单元、雷电流光纤传感器和传感器光纤，雷电监测控制柜安装在轮毂内，雷电监测控制柜内安装有控制器，雷电流光纤传感器安装在每个叶片根部防雷引出线上，传感器光纤安装在雷电监测控制柜与雷电流光纤传感器之间，雷电流光纤传感器将测量结果通过传感器光纤发送到评估单元进行计算，后进入控制器进行处理，雷电流光纤传感器包括光源、耦合器、偏振器、相位调制器、光纤线圈、反射镜、光电探测器和信号处理电路。本发明能够监测并分析雷电流的所有重要参数，实时评估并远程发送信号，整合系统运行参数和测量数据，为控制和维护决策提供合理依据，实时监测机组的雷电流情况。技术研发人员：李增峰,李彩华,普承李受保护的技术使用者：云南标普电气检测技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26