[发明专利]风力涡轮机雷电保护和监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机雷击保护系统、将雷击电力传导到大地的方法和用于监测风力涡轮机上的雷击的监测系统。

背景技术

具有用于传导雷击电力到大地的雷电传导系统的风力涡轮机是已知的。这样的风力涡轮机的例子公开在专利US2007/0114797-A1中，其中支撑多个风力涡轮机叶片的转子毂设置有用于传导雷击电力到大地的集流环。火花隙构件安装在转子支撑吊舱上以每个定位为具有从集流环间隔开一小的火花隙的末端。雷击电力被传导到集流环，然后跨过火花隙到大地。这样的用于远离转子传导雷击电力的火花隙的使用提供高阻抗连接，因此不有效。而且，由于部件公差，难以保持火花隙以使得它们足够小。如果火花隙太大，将不会发生有效接地。

发明内容

本发明的目的是克服与现有技术有关的至少一个缺点。

根据本发明的第一方面，提供一种风力涡轮机毂和吊舱组件，其包括用于在毂和吊舱之间传导雷电的传导装置，所述毂安装用于相对于吊舱转动并适于支撑涡轮机叶片，所述毂包括用于连接到通过毂支撑的涡轮机叶片的毂导体，所述雷电传导装置包括彼此面临并可互换的导电轨道和端子，导电轨道和端子之一安装在毂上并电连接到毂导体，导电轨道和端子的另一个安装在吊舱上，所述端子包括从导电轨道间隔开的端子主体和从端子主体向着轨道延伸的牺牲导电端子延伸部。通过提供具有牺牲端子延伸部的端子，所述端子延伸部可以通过滑动接触导电轨道磨损掉直到在端子延伸部和导电轨道之间具有间隙。由于该间隙形成的方式，它将非常小。当雷击电力在端子和导电轨道之间引导时，端子主体和导电轨道之间的大部分端子延伸部将蒸发，电弧将形成在端子和导电轨道之间。该电弧将相应地产生等离子，从而由离子化空气产生导电通路，其将允许继续传导电力到导电轨道。在这样的雷击已经发生后，将必须替换牺牲端子延伸部。

为了尽早开始电弧形成以及随后的等离子形成，优选地，端子延伸部至少大致延伸到轨道。如上述的，当毂和吊舱最初安装时，端子延伸部优选地接触导电轨道，并且毂的初始转动使得端子延伸不损耗直到端子延伸部和导电轨道之间具有小间隙。

优选地，端子延伸部包括并排定位的多个传导构件。这样的配置将提供多个端子延伸部部分，其面临导电轨道，每个导电轨道具有相对小的横截面面积，这将在这些部分的末端增大电场强度。这将相应地增大电势以离子化端子延伸部和导电轨道之间的空气。方便地，端子延伸部包括刷子状传导装置，并可有利地包括由多个传导缆线构成的刷子。

优选地，端子主体的表面是向着轨道的圆顶的以为了增加场强以及相应地增加电势以离子化端子和导电轨道之间的空气。

轨道可以安装在吊舱上，端子安装在毂上。通过这样的配置，来自每个叶片的雷电导体可以方便地单独电连接到单独的端子。每个涡轮机叶片优选地通过雷电导体连接到至少一个所述端子。但是，每个涡轮机叶片也可以连接到多个所述端子。这样的配置将提供有利的冗余性。

根据本发明的第二方面，提供一种在风力涡轮机毂和吊舱组件中传导雷电电力的方法，包括步骤：(i)提供根据本发明的第一发方面所述的风力涡轮机毂和吊舱组件；(ii)从所述毂导体传导雷电电力到所述端子主体，然后通过所述端子延伸到所述轨道，然后到大地；(iii)蒸发所述端子主体和所述轨道之间的大部分端子延伸部，因为电力流动通过所述端子延伸部；(iv)在所述端子主体和所述轨道之间形成导电等离子体路径；和(v)在所述端子主体和所述轨道之间经由所述等离子路径继续传导电力。

根据本发明的第三方面，提供一种风力涡轮机雷击监测系统，其包括支撑多个风力涡轮机叶片的转子，每个风力涡轮机叶片包括雷电导体和感应传感器，感应传感器配置为在当各雷电导体传导雷击电力到大地时产生电信号。由于当发生雷击时在雷电导体中流动非常高的电流(200kA数量级)，通过感应传感器传感雷击提供实施这样的传感的特别可靠的方法。

优选地，监测系统还包括适于获得与哪个风力涡轮机叶片已经被雷击相关的数据的数据获取装置。当风力涡轮机是所谓的风力形式的多个风力涡轮机中的一个时，数据获取装置优选地还适于获得与哪个风力涡轮机已经被雷击的数据。通过这样的系统，将可以快速确定涡轮机的哪个牺牲端子将需要更换。

优选地，所述系统包括安置为将电信号转换为光信号以便在毂和通过用于毂的支撑结构支撑的传输器之间传输的换能器。这样的配置将避免对集流环或者类似的电连接以适应毂和吊舱之间的相对移动以传输信号到传输器的需求。这样的系统意味着，信号可以通过穿入和穿出毂的单一光学纤维多路传输到吊舱中的数据获取系统。