[发明专利]用于风力涡轮机的防雷系统和具有防雷系统的风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明一般性地涉及风力涡轮机。具体地，本发明针对的是一种用于风力涡轮机的防雷系统和具有防雷系统的风力涡轮机。

背景技术

雷击是导致风力涡轮机故障的主要原因。当雷电击中风力涡轮机时，通常会击中风力涡轮机的一个或多个叶片。通常，雷击的电流从叶片处通过导电装置（如引下导体）传导到一个或多个风力涡轮机组件（如轮毂、机舱或塔），然后进一步向下传导到地面。

流过风力涡轮机的电流一定不能到达任何电组件（如发电机或变流器）或其它关键组件（如主轴承或齿轮箱），因为它们会被雷击的巨大能量损坏。来自雷击的高压和巨大电流结合可损坏这些组件。

通常，引下导体与轮毂直接连接，轮毂将电流传导到机舱，然后进一步向下传导到地面。对于直驱型风力涡轮机（也称作无齿轮式风力涡轮机），轮毂与发电机的转子电连接和机械连接。由于此设计，电流可以传递到转子上并且向发电机的转子放电。高达200kA的巨大电流可以破坏永磁体、发电机线圈，并且可以在转子和定子之间引入金属颗粒。所述颗粒将粘附到磁体，减小转子和定子之间的距离，这会导致两种发电机部件之间接触。因此，诸如此类的雷击系统不能应用于直驱型风力涡轮机。

对于发电机具有外转动转子的直驱型风力涡轮机来说，更加困难的是找到能够在不损坏风力涡轮机的发电机和其它组件的情况下将电流从雷击传导到叶片上的方法。

US 7,377,750 Bl示出了一种防雷系统，其用于将雷击传导到叶片，然后进一步传导到围绕叶片轮毂的区域并且沿着围绕该叶片轮毂的路径以及传导到风力涡轮机的关键组件。这种长的雷电传导路径具有承受雷击跳转到关键组件风险的方向变换或转弯。

发明内容

因此，需要改进风力涡轮机防雷系统，以解决现有技术的这些和其它缺点。

该一需求分别由权利要求1和11的特征满足。从属权利要求提供了本发明的其它细节和优点。

在本发明的一个方面中，针对的是一种用于风力涡轮机的防雷系统。所述风力涡轮机具有电接地的结构部件，与所述结构部件电连接和机械连接的主轴，经由主轴承转动地连接到所述主轴的叶片轮毂以及与所述叶片轮毂连接的叶片。所述防雷系统包括：能够附接在叶片内的引下导体；用于导引雷电电流的高压导体，优选为电绝缘的高压电缆，其中，所述高压导体的第一端与所述引下导体电连通。高压接触件能够附接在所述主轴内，其中，所述高压导体的第二端与所述高压接触件电连通。雷电电流从所述引下导体经由所述高压导体被引导到所述高压接触件。

通过在叶片中的引下导体和接地的主轴之间引入一个或多个高压导体，例如绝缘的高压电缆，可以使雷电电流避开金属轮毂结构，因而避开发电机。优选实现高压导体和主轴之间的连接。

所述高压接触件能够在与所述叶片轮毂相对的侧面处所述主轴承后附接在所述主轴内。

所述高压导体可以被安置在所述叶片轮毂内。

所述高压导体可以与所述叶片内的所述引下导体相接触。

所述高压导体可包括所述引下导体的至少一部分。

所述高压导体可包括高压电缆。

所述高压导体的至少一部分可被屏蔽软管包围。

所述高压接触件可包括能够附接到所述主轴的内表面的滑环，或者所述高压接触件包括碳/金属电刷，以确保良好的电连接。

优选通过高压连接件或高压套管实现引下导体和高压电缆之间以及电刷或滑环和高压电缆之间的连接。

所述高压导体的保持支架可以附接在所述叶片轮毂内。

在本发明的另一方面中，针对的是一种具有防雷系统的风力涡轮机。所述风力涡轮机具有电接地的结构部件，与所述结构部件电连接和机械连接的主轴，经由主轴承转动地连接到所述主轴的叶片轮毂，以及与所述叶片轮毂连接的叶片。所述风力涡轮机的防雷系统包括：附接在叶片内的引下导体；用于导引雷电电流的高压导体，其中，所述高压导体的第一端与所述引下导体电连通。高压接触件附接在所述主轴内，其中，所述高压导体的第二端与所述高压接触件电连通。雷电电流从所述引下导体经由所述高压导体被引导到所述高压接触件，然后从所述高压接触件经由主轴和结构部件被导引到地面。

所述主轴可以是承载发电机的定子的内轴，并且承载所述发电机的转子的外轴与所述叶片轮毂连接。

所述主轴是承载发电机的定子的外轴，并且承载所述发电机的转子的内轴与所述叶片轮毂连接。

所述发电机与所述叶片轮毂直接连接。

附图说明