專利名稱：防雷電風(fēng)力發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
防雷電風(fēng)力發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)發(fā)明目的
此發(fā)明是關(guān)于一種安裝在風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)上經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，也可用于其它的存在被大氣放電，即閃電，擊倒的可能性的運(yùn)動(dòng)裝置。本發(fā)明為針對(duì)的保護(hù)對(duì)象提供防雷擊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，過去的十年里，在西班牙以及其他國家，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的數(shù)量明顯增多。舉個(gè)例子，到2007年底，西班牙裝機(jī)容量僅次于德國和美國之后位于世界第三位，能量產(chǎn)量大約為 27. (^6GWh。預(yù)計(jì)在全球范圍內(nèi)裝機(jī)容量將以非常顯著的形式增加，2010年將達(dá)到170GW，預(yù)計(jì)2010年西班牙將達(dá)到20. 155MW, 2016年29. 000MW。這些設(shè)施主要位于易受雷電擊中的地方。因此，一個(gè)閃電可能會(huì)在一個(gè)瞬間對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p傷。這種雷電沖擊造成的損傷主要發(fā)生在葉板或葉輪機(jī)上，因此葉輪機(jī)需要一個(gè)防雷擊保護(hù)的有效系統(tǒng)。閃電一般出現(xiàn)在4月到9月，出現(xiàn)在8月份的比例最高。最近也發(fā)現(xiàn)12月也出現(xiàn)了閃電。另一個(gè)要注意的方面是全世界范圍內(nèi)的閃電擊中陸地的數(shù)量都在增加。如果來計(jì)算它的數(shù)量，以I960年設(shè)為0個(gè)單位，1997年就約為15，2007年約為100。這些數(shù)值表明閃電擊中陸地的數(shù)量在逐步增加。因此，如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)量以幾何學(xué)方式增加，閃電擊中地面的數(shù)量也以相同方式增加，可以預(yù)料可能發(fā)生在風(fēng)力電場(chǎng)的災(zāi)難會(huì)越來越多。也許在風(fēng)力電場(chǎng)發(fā)生的第二個(gè)最重要的問題就是有關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，閃電會(huì)擊中它任何一個(gè)部位，雖然更具體的來說是會(huì)擊中葉片。據(jù)估計(jì)20%的風(fēng)力發(fā)電機(jī)斷裂，多于25% 的成本花費(fèi)都是由閃電擊中造成的。從這個(gè)意義上講，閃電往往會(huì)擊中一個(gè)特定地區(qū)的最高點(diǎn)。出于此原因，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)所處位置的高度以及它自身的高度，使它成為了被擊中的目標(biāo)。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)最昂貴的部件之一，閃電會(huì)對(duì)沒有保護(hù)的葉片造成極度破壞性的影響。出于此原因，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)和葉片的技術(shù)方面最重要的問題之一就是避免閃電擊中。也許，解決閃電和結(jié)冰的問題，在風(fēng)力發(fā)電能量領(lǐng)域是最緊迫需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。雖然地面上的現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)的體積越來越大，從而增加了被閃電擊中的風(fēng)險(xiǎn)， 水上風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)比地面上的更容易遭受閃電擊中，然而，所有帶葉片的設(shè)備，無論大小，在任何時(shí)間都會(huì)可能遭到閃電擊中。閃電會(huì)對(duì)沒有保護(hù)的葉片造成嚴(yán)重的破壞。不同的研究表明閃電往往會(huì)打中離根基最遠(yuǎn)的部分，因?yàn)樗彩亲罡叩牟糠?。在此情況下，從接觸點(diǎn)通過導(dǎo)電部分到凸緣產(chǎn)生一個(gè)電弧，可以達(dá)到30.000°C的高溫。其結(jié)果就是導(dǎo)致在葉片上的空氣膨脹爆炸。其產(chǎn)生的影響包括對(duì)表面的破壞，壓力、壓軋產(chǎn)生的損壞，被打中的邊緣和根部部分的破裂，以及粘貼的部分發(fā)生融化。閃電也能造成不可見的損壞并造成降低葉片使用壽命的長期問題。
不受保護(hù)的葉片在遭到雷擊時(shí)會(huì)極其脆弱。因此，到目前為止所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片都受到防雷電的保護(hù)。保護(hù)系統(tǒng)在基于富蘭克林型避雷器的原理上，也就是之前講過的原理，進(jìn)行了一系列的改進(jìn)，包括在雷電接收器中增加了新材料，很多時(shí)候，在必須要更換接收器中所使用過了的材料之前，葉片能夠承受幾次雷擊的影響。綜上所述，當(dāng)今對(duì)葉片設(shè)計(jì)的理論是基于雷電通常會(huì)擊中葉片尖端，然后導(dǎo)入地面這一實(shí)際情況出發(fā)的。該保護(hù)系統(tǒng)由兩個(gè)主要部分組成位于葉片表面的接收器和傳導(dǎo)雷擊能量的內(nèi)部電纜系統(tǒng)。當(dāng)受雷擊時(shí)，接收器攔截雷電，電纜系統(tǒng)從葉片把電量傳導(dǎo)到塔里，然后再到達(dá)地面。接收器就是雷電打中葉片上的所有導(dǎo)電點(diǎn)。發(fā)明說明
此風(fēng)力發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)發(fā)明可以完全令人滿意地解決以上提到的問題，它抑制放電， 而不是閃電直接通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)到達(dá)地面。推薦的此系統(tǒng)創(chuàng)建在一個(gè)電場(chǎng)補(bǔ)償裝置上，此裝置連接在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片和其它構(gòu)造上，這些其它的構(gòu)造通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔身與地面接觸。上面提到的電場(chǎng)補(bǔ)償裝置與電場(chǎng)傳感器、電磁場(chǎng)傳感器、空氣相對(duì)濕度傳感器，溫度和大氣壓力傳感器向連接。通過這些傳感器進(jìn)行必要的參數(shù)分析來決定電場(chǎng)補(bǔ)償裝置的運(yùn)行狀態(tài)，以此來作為它的開關(guān)。這些參數(shù)可以用來分析周邊環(huán)境放電水平，周邊環(huán)境電磁場(chǎng)水平，能夠全方位提早檢測(cè)到暴風(fēng)雨，風(fēng)速，溫度，空氣相對(duì)濕度和大氣壓力。通過這些參數(shù)和具備程序補(bǔ)充固件的中央控制單元，此系統(tǒng)可以啟動(dòng)/關(guān)閉電場(chǎng)補(bǔ)償裝置的運(yùn)行，電場(chǎng)補(bǔ)償裝置通過幾個(gè)導(dǎo)電介質(zhì)為空氣的同心圓環(huán)與葉片和風(fēng)力發(fā)電機(jī)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)轂或相關(guān)裝置相連接，這些圓環(huán)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分通過電路連接，也就是說轉(zhuǎn)轂-葉片-發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙的整體構(gòu)造和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙-塔身的整體構(gòu)造接地。電場(chǎng)補(bǔ)償裝置，它的任務(wù)將是降低在由于遭到雷電風(fēng)暴襲擊引起的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電流釋放和保護(hù)組成部分之間的電壓梯度。最后，需要注意的是，從電學(xué)角度通過不同的輔助設(shè)備測(cè)量的補(bǔ)償水平是通過中央控制單位與電場(chǎng)補(bǔ)償裝置來調(diào)節(jié)的。圖紙說明
為了充分的說明并且更好的理解此發(fā)明的特點(diǎn)，通過一個(gè)實(shí)例，用幾幅清晰并無限定的圖片作為附加說明來更好的進(jìn)行解釋，如下


圖1 一架具備此發(fā)明提到的風(fēng)力發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正面視圖。圖2 同一風(fēng)力發(fā)電機(jī)側(cè)面視圖。圖3 同一風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙前側(cè)面透視視圖。圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙和葉片整體后上方側(cè)視透視視圖，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙沒有上半部分艙
至
ΓΤΠ ο圖5 同一部分后下方側(cè)視透視視圖。圖6 裝置結(jié)構(gòu)單位示意圖。本發(fā)明推薦的實(shí)施方案
根據(jù)這些示意圖可以看出此發(fā)明可作用于任何風(fēng)力發(fā)電機(jī)的常規(guī)結(jié)構(gòu)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)由以下部分組成塔身(1)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)，與一組葉片(4)相結(jié)合的一個(gè)轉(zhuǎn)轂(3)， 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙包含在電能中轉(zhuǎn)轂動(dòng)能的傳導(dǎo)(5)和變壓(6)的傳統(tǒng)機(jī)械裝置。那么，通過此常規(guī)結(jié)構(gòu)，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙安置一個(gè)中央控制單元，配備程序補(bǔ)充固件，與電場(chǎng)補(bǔ)償裝置(7)相結(jié)合，通過電路鏈接一系列設(shè)備來控制電場(chǎng)補(bǔ)償裝置(7)的開/關(guān)。具體而言，這些裝置體現(xiàn)在一個(gè)電場(chǎng)傳感器(8)，一個(gè)電磁場(chǎng)傳感器(9)，一個(gè)風(fēng)速儀(10)，空氣相對(duì)濕度傳感器(11)與一個(gè)溫度和大氣壓力傳感器(12)上。所有這些裝置都安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)倉罩上，并且與中央控制單元相連接，從而進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)的分析，用充足的時(shí)間來探測(cè)暴風(fēng)雨的形成，面對(duì)雷擊可能存在的絲毫危險(xiǎn)，此設(shè)備將提前啟動(dòng)電場(chǎng)補(bǔ)償裝置(7)來抑制放電。要做到這一點(diǎn)，這些設(shè)備需要與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)，塔身(1)，葉片(4)相連接。更具體地說，安裝在葉片上的，并與轉(zhuǎn)轂(3)相連接的表面?zhèn)鲗?dǎo)裝置(13)和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)之間安裝著第一對(duì)導(dǎo)電同心圓環(huán)(14)，它的導(dǎo)電介質(zhì)是空氣。同時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)底部與塔身(1)相連接的搖擺平衡裝置上，安裝第二對(duì)導(dǎo)電圓環(huán)(15)，它的導(dǎo)電介質(zhì)同樣也是空氣。具體來說，通過圖6的展示，電場(chǎng)補(bǔ)償裝置包括一系列有效的電子電路，允許其產(chǎn)生與裝置的程序相符的波動(dòng)的，正負(fù)極的脈沖，并且考慮到風(fēng)力發(fā)電機(jī)上各種傳感器收集到的信息，保持在上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)和它周圍的電場(chǎng)之間電壓和電極的負(fù)載均衡，從而避免閃電擊中風(fēng)力發(fā)電機(jī)。該系統(tǒng)還彌補(bǔ)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片與空氣摩擦所產(chǎn)生的靜電。使用高性能電絕緣材料制作的感應(yīng)元素來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電路接地。具體來說，電場(chǎng)傳感器(8)，電磁場(chǎng)傳感器(9)，風(fēng)速儀(10)，大氣相對(duì)濕度傳感器 (11)和溫度與大氣壓力傳感器(12)，與一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化器(16)相連接，使得微控制器 (17)可以做出反應(yīng)，此微控制器(17)可以包含一個(gè)無線電控制(18)接口。微控制器(17) 的輸出與一個(gè)適配器(19)相連，此適配器(19)與一對(duì)電場(chǎng)發(fā)生器(20)相連，這對(duì)電場(chǎng)發(fā)生器(20)通過一個(gè)耦合器(21)的輸出(22)連接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)上。僅在必要的時(shí)候，并且從經(jīng)濟(jì)方面考慮，電場(chǎng)補(bǔ)償裝置(7 )在沒有雷暴危險(xiǎn)時(shí)長時(shí)間出于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，如果遇到閃電放電的危險(xiǎn)情況，用這種方式可以抵消葉片，以及整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)施與空氣摩擦而產(chǎn)生的電場(chǎng)。
權(quán)利要求
1.防雷電風(fēng)力發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，所指風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成部分被定義為塔身(1)，自動(dòng)轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)，和具有相應(yīng)葉片(4)的轉(zhuǎn)轂(3)；發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙包括在電能中轉(zhuǎn)轂動(dòng)能的傳導(dǎo)(5)和變壓(6)的傳統(tǒng)機(jī)械裝置；它的特點(diǎn)是在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)安裝有一個(gè)配備補(bǔ)充固件程序的中央控制單元，和電場(chǎng)補(bǔ)償裝置(7)相連接，并與一個(gè)電場(chǎng)傳感器(8)，一個(gè)電磁場(chǎng)傳感器(9)，一個(gè)風(fēng)速儀(10)，一個(gè)空氣相對(duì)適度傳感器(11)，以及一個(gè)溫度和大氣壓力傳感器(12)以電路相連接；電場(chǎng)補(bǔ)償裝置(7)與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)，塔身(1)，葉片(4)相集合，具備安裝在葉片上的表面?zhèn)鲗?dǎo)裝置(13)的轉(zhuǎn)轂(3)和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)之間安裝著第一對(duì)導(dǎo)電同心圓環(huán)(14)，它的導(dǎo)電介質(zhì)是空氣；同時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)底部與塔身(1)相連接的搖擺平衡裝置上，安裝第二對(duì)導(dǎo)電圓環(huán)(15)，它的導(dǎo)電介質(zhì)同樣也是空氣。
2.防雷電風(fēng)力發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)專利1，其特點(diǎn)是因?yàn)殡妶?chǎng)補(bǔ)償裝置(7)的構(gòu)成是基于一個(gè)微控制器(17)，此微控制器(17)由通過一模擬數(shù)字轉(zhuǎn)化器(16)連接電場(chǎng)傳感器(8)，電磁場(chǎng)傳感器(9)，風(fēng)速儀(10)，空氣相對(duì)濕度傳感器(11)，溫度和大氣壓力傳感器 (12)，此微控制器(17)的輸出與一個(gè)適配器(19)相連，此適配器(19)與一對(duì)電場(chǎng)發(fā)生器 (20)相連，這對(duì)電場(chǎng)發(fā)生器(20)通過一個(gè)耦合器(21)的輸出(22)連接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)上。
3.防雷電風(fēng)力發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，根據(jù)專利1，其特點(diǎn)是電場(chǎng)補(bǔ)償裝置(7)包括一個(gè)無線電控制接口(18)。
全文摘要
此發(fā)明系統(tǒng)，在電場(chǎng)補(bǔ)償裝置(7)處于關(guān)閉狀態(tài)，存在閃電擊中風(fēng)力發(fā)電機(jī)危險(xiǎn)的情況下，通過多個(gè)傳感器收集一系列參數(shù)，通過一具備程序補(bǔ)充固件的中央控制單元來控制電場(chǎng)補(bǔ)償裝置(7)的啟動(dòng)。電場(chǎng)補(bǔ)償裝置(7)通過在轉(zhuǎn)轂(3)和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)之間配備的第一對(duì)圓環(huán)(14)來與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)，塔身(1)和葉片(4)連接。這一對(duì)導(dǎo)電同心圓環(huán)(14)的導(dǎo)電介質(zhì)是空氣，同時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙(2)底部，安裝第二對(duì)與第一對(duì)特點(diǎn)相似的導(dǎo)電圓環(huán)(15)。
文檔編號(hào)H02G13/00GK102510948SQ201080042697
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月6日
發(fā)明者杰西·阿爾馬茲·桑切斯 申請(qǐng)人:萊黎斯電纜有限公司