本發(fā)明涉及一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法及裝置，尤其涉及一種高速氣流作用下葉片絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、風力發(fā)電機單機容量不斷增大，結(jié)構(gòu)越發(fā)高聳，遭受雷擊的風險也隨之增大。其中葉片是雷擊風險最大的部位，葉片損傷會影響風機的氣動性能，嚴重時將迫使風機停機，甚至發(fā)生葉片解體事故。目前，風機葉片的雷電防護系統(tǒng)通常由嵌于葉片表面的接閃器和內(nèi)部的接地引下線組成，正常情況下，當其成功接閃時，雷電經(jīng)接閃器由引下線泄流，避免了對葉片絕緣材料的燒蝕。然而，現(xiàn)場運維常發(fā)現(xiàn)葉片表面的燒蝕或擊穿痕跡，這表明葉片雷電防護系統(tǒng)仍存在接閃失效情況。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法及裝置，通過采用風洞試驗箱體制造高速氣流方法模擬葉尖高速旋轉(zhuǎn)時與周圍空氣的相對運動，從而精確的模擬出葉片在高速旋轉(zhuǎn)時絕緣表面的荷電狀態(tài)，可為風力發(fā)電機防雷的進一步研究提供幫助。

2、根據(jù)本發(fā)明說明書的一方面，提供一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法，包括：

3、建立風洞模擬試驗平臺，用于模擬葉片在高速旋轉(zhuǎn)時絕緣表面的荷電狀態(tài)；

4、基于搭建的風洞模擬試驗平臺，設定不同的試驗時間、風速及絕緣表面與迎面氣流的角度進行試驗，得到不同試驗時間、風速及絕緣表面與氣流的角度下形成的絕緣表面荷電狀態(tài)；

5、搭建絕緣表面電荷分布測量系統(tǒng)，對不同試驗時間、風速及絕緣表面與氣流的角度下形成的絕緣表面荷電狀態(tài)分別進行電位分布測量，得到不同的測量結(jié)果；

6、基于不同的測量結(jié)果進行對比分析，得到時間、風速及絕緣表面與氣流的角度對絕緣表面摩擦荷電的影響規(guī)律。

7、作為進一步的技術(shù)方案，建立的風洞模擬試驗平臺包括：風洞試驗箱體、風洞電機、冷卻風機及風速儀；其中，所述風洞試驗箱體用于制造高速氣流以模擬葉尖高速旋轉(zhuǎn)時與周圍空氣的相對運動，所述風洞電機用于驅(qū)動風洞試驗箱體內(nèi)的風洞風機產(chǎn)生不同流速的氣流，所述風速儀用于測量風洞試驗箱體內(nèi)氣流的速度，所述冷卻風機用于給風洞電機降溫。

8、作為進一步的技術(shù)方案，設定不同的試驗時間、風速及絕緣表面與迎面氣流的角度進行試驗，包括：分別構(gòu)建用于試驗的時間數(shù)據(jù)組、風速數(shù)據(jù)組及角度數(shù)據(jù)組；基于構(gòu)建的數(shù)據(jù)組，形成不同的試驗參數(shù)，并利用形成的試驗參數(shù)進行試驗，得到對應當前試驗參數(shù)的絕緣表面荷電狀態(tài)。

9、作為進一步的技術(shù)方案，所述絕緣表面電荷分布測量系統(tǒng)在屏蔽室內(nèi)搭建，包括trek靜電電位計、靜電探頭、示波器、傳動電機及傳動臂，所述trek靜電電位計用于通過靜電探頭測量絕緣表面的電位，所述靜電探頭用于在絕緣表面進行平面移動，所述示波器用于顯示測量結(jié)果，所述傳動電機與傳動臂相連以用于驅(qū)動傳動臂帶動靜電探針進行平面移動。

10、作為進一步的技術(shù)方案，所述絕緣表面電荷分布測量系統(tǒng)內(nèi)置有基于lanczos-tikhonvo算法的絕緣表面電荷反演算法，用于計算絕緣表面電荷密度分布，包括：

11、將待測絕緣表面等分為n個方形網(wǎng)格，假設單個網(wǎng)格內(nèi)電荷分布均勻，根據(jù)靜電探針法測得的表面電荷分布預設n個網(wǎng)格的電荷密度初值，并計算空間電場分布；

12、考慮空間電荷對電場的畸變作用，建立高速氣流下電暈放電空間電荷輸運過程仿真模型，計算空間電荷分布及電場分布；

13、疊加上述電場計算結(jié)果，并與基于電場誘導二次諧波efish測得的電場分布對比，如一致，則反演完畢，輸出絕緣表面電荷密度分布。

14、作為進一步的技術(shù)方案，基于lanczos-tikhonvo算法的絕緣表面電荷反演，還包括：如不一致，則修正n個網(wǎng)格的電荷密度值，重復反演過程。

15、作為進一步的技術(shù)方案，建立高速氣流下電暈放電空間電荷輸運過程仿真模型，計算空間電荷分布及電場分布，包括：基于comsol平臺采用模擬電荷法搭建空間電場分布模型，在模型的材料設置中，在所有計算域內(nèi)設置為空氣，將絕緣表面材料設置在計算域中間，并設置相應相對介電常數(shù)，其他邊界均設置為零電荷邊界條件；通過物理場控制方式對設置后的模型進行網(wǎng)格劃分，將絕緣表面分割成n個方格；在方格中賦值上反演的電荷密度，對穩(wěn)態(tài)下的空間電場進行計算。

16、根據(jù)本發(fā)明說明書的一方面，提供一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測裝置，包括：

17、風洞模擬試驗平臺，用于模擬葉片在高速旋轉(zhuǎn)時絕緣表面的荷電狀態(tài)，基于搭建的風洞模擬試驗平臺，設定不同的試驗時間、風速及絕緣表面與迎面氣流的角度進行試驗，得到不同試驗時間、風速及絕緣表面與氣流的角度下形成的絕緣表面荷電狀態(tài)；

18、絕緣表面電荷分布測量系統(tǒng)，用于對不同試驗時間、風速及絕緣表面與氣流的角度下形成的絕緣表面荷電狀態(tài)分別進行電位分布測量，得到不同的測量結(jié)果；

19、處理模塊，用于基于不同的測量結(jié)果進行對比分析，得到時間、風速及絕緣表面與氣流的角度對絕緣表面摩擦荷電的影響規(guī)律。

20、作為進一步的技術(shù)方案，所述風洞模擬試驗平臺包括：風洞試驗箱體、風洞電機、冷卻風機及風速儀；其中，所述風洞試驗箱體用于制造高速氣流以模擬葉尖高速旋轉(zhuǎn)時與周圍空氣的相對運動，所述風洞電機用于驅(qū)動風洞試驗箱體內(nèi)的風洞風機產(chǎn)生不同流速的氣流，所述風速儀用于測量風洞試驗箱體內(nèi)氣流的速度，所述冷卻風機用于給風洞電機降溫。

21、作為進一步的技術(shù)方案，所述絕緣表面電荷分布測量系統(tǒng)在屏蔽室內(nèi)搭建，包括trek靜電電位計、靜電探頭、示波器、傳動電機及傳動臂，所述trek靜電電位計用于通過靜電探頭測量絕緣表面的電位，所述靜電探頭用于在絕緣表面進行平面移動，所述示波器用于顯示測量結(jié)果，所述傳動電機與傳動臂相連以用于驅(qū)動傳動臂帶動靜電探針進行平面移動。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

23、本發(fā)明建立風洞模擬試驗平臺，可以精確模擬模擬葉尖高速旋轉(zhuǎn)時與周圍空氣的相對運動，為風力發(fā)電機防雷的進一步研究提供幫助。

24、本發(fā)明搭建絕緣表面電荷分布測量系統(tǒng)，可以精確的計算得絕緣表面電荷密度分布，可廣泛應用于各種電氣設備的電荷分布測量。

25、本發(fā)明可以根據(jù)需要探究的影響因素更改模擬實驗的實驗參數(shù)，從而探究不同參數(shù)對絕緣表面荷電狀態(tài)的影響。

技術(shù)特征：

1.一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，建立的風洞模擬試驗平臺包括：風洞試驗箱體、風洞電機、冷卻風機及風速儀；其中，所述風洞試驗箱體用于制造高速氣流以模擬葉尖高速旋轉(zhuǎn)時與周圍空氣的相對運動，所述風洞電機用于驅(qū)動風洞試驗箱體內(nèi)的風洞風機產(chǎn)生不同流速的氣流，所述風速儀用于測量風洞試驗箱體內(nèi)氣流的速度，所述冷卻風機用于給風洞電機降溫。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，設定不同的試驗時間、風速及絕緣表面與迎面氣流的角度進行試驗，包括：分別構(gòu)建用于試驗的時間數(shù)據(jù)組、風速數(shù)據(jù)組及角度數(shù)據(jù)組；基于構(gòu)建的數(shù)據(jù)組，形成不同的試驗參數(shù)，并利用形成的試驗參數(shù)進行試驗，得到對應當前試驗參數(shù)的絕緣表面荷電狀態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，所述絕緣表面電荷分布測量系統(tǒng)在屏蔽室內(nèi)搭建，包括trek靜電電位計、靜電探頭、示波器、傳動電機及傳動臂，所述trek靜電電位計用于通過靜電探頭測量絕緣表面的電位，所述靜電探頭用于在絕緣表面進行平面移動，所述示波器用于顯示測量結(jié)果，所述傳動電機與傳動臂相連以用于驅(qū)動傳動臂帶動靜電探針進行平面移動。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，所述絕緣表面電荷分布測量系統(tǒng)內(nèi)置有基于lanczos-tikhonvo算法的絕緣表面電荷反演算法，用于計算絕緣表面電荷密度分布，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，基于lanczos-tikhonvo算法的絕緣表面電荷反演，還包括：如不一致，則修正n個網(wǎng)格的電荷密度值，重復反演過程。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法，其特征在于，建立高速氣流下電暈放電空間電荷輸運過程仿真模型，計算空間電荷分布及電場分布，包括：基于comsol平臺采用模擬電荷法搭建空間電場分布模型，在模型的材料設置中，在所有計算域內(nèi)設置為空氣，將絕緣表面材料設置在計算域中間，并設置相應相對介電常數(shù)，其他邊界均設置為零電荷邊界條件；通過物理場控制方式對設置后的模型進行網(wǎng)格劃分，將絕緣表面分割成n個方格；在方格中賦值上反演的電荷密度，對穩(wěn)態(tài)下的空間電場進行計算。

8.一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述風洞模擬試驗平臺包括：風洞試驗箱體、風洞電機、冷卻風機及風速儀；其中，所述風洞試驗箱體用于制造高速氣流以模擬葉尖高速旋轉(zhuǎn)時與周圍空氣的相對運動，所述風洞電機用于驅(qū)動風洞試驗箱體內(nèi)的風洞風機產(chǎn)生不同流速的氣流，所述風速儀用于測量風洞試驗箱體內(nèi)氣流的速度，所述冷卻風機用于給風洞電機降溫。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述絕緣表面電荷分布測量系統(tǒng)在屏蔽室內(nèi)搭建，包括trek靜電電位計、靜電探頭、示波器、傳動電機及傳動臂，所述trek靜電電位計用于通過靜電探頭測量絕緣表面的電位，所述靜電探頭用于在絕緣表面進行平面移動，所述示波器用于顯示測量結(jié)果，所述傳動電機與傳動臂相連以用于驅(qū)動傳動臂帶動靜電探針進行平面移動。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種絕緣表面荷電狀態(tài)檢測方法及裝置，方法包括：建立風洞模擬試驗平臺，用于模擬葉片在高速旋轉(zhuǎn)時絕緣表面的荷電狀態(tài)；基于搭建的風洞模擬試驗平臺，設定不同的試驗時間、風速及絕緣表面與迎面氣流的角度進行試驗，得到不同試驗時間、風速及絕緣表面與氣流的角度下形成的絕緣表面荷電狀態(tài)；搭建絕緣表面電荷分布測量系統(tǒng)，對不同試驗時間、風速及絕緣表面與氣流的角度下形成的絕緣表面荷電狀態(tài)分別進行電位分布測量，得到不同的測量結(jié)果；基于不同的測量結(jié)果進行對比分析，得到時間、風速及絕緣表面與氣流的角度對絕緣表面摩擦荷電的影響規(guī)律。

技術(shù)研發(fā)人員：王羽,鄧冶強,藍磊,吳澤梁,吳強,金昕
受保護的技術(shù)使用者：武漢大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9