[发明专利]用于风力涡轮机叶片上的雷击的位置检测的雷电检测和测量系统及方法

说明书

雷电检测系统(1)包括涡轮机叶片(2)的雷电接地导体(3)、连接到雷电接地导体的多个雷电接收器(4，6，7)以及测量指示雷电电流的量值的雷电参数的多个单独的雷电检测器(8，9)。主接地导体雷电检测器(10)测量经雷电接地导体离开叶片的任何雷电电流的量值。每个单独的雷电检测器包括单独的传感器元件、单独的微处理器、单独的存储器、单独的无线通信模块以及包括电池和能量采集装置的单独的电源。该系统包括直接与一个或多个单独的无线通信模块进行通信的中央无线通信模块(18)，并且每个单独的无线通信模块直接与其它单独的无线通信模块中的至少一个和/或中央无线通信模块进行通信。

技术领域

本发明涉及一种雷电检测和测量系统，其适于检测风力涡轮机叶片上的雷击的位置，该系统包括：叶片雷电接地导体，其适于在风力涡轮机叶片的纵向方向上延伸；多个雷电接收器，其与叶片雷电接地导体电连接并且沿着其长度分布；多个单独的雷电检测器，其沿着叶片雷电接地导体的长度分布，并且每个都适于在雷电击中一个或多个雷电接收器时测量指示流经雷电接收器与叶片雷电接地导体之间的连接部件的或叶片雷电接地导体的相应的单独导电部分的雷电电流的量值的雷电参数；和主叶片接地导体雷电检测器，其适于在雷电击中雷电接收器中的一个或多个时测量经叶片雷电接地导体离开叶片的任何雷电的至少一个量值。

背景技术

当今，确实存在雷电检测和测量系统，但是已经付诸实践的解决方案仅限于测量来自风力涡轮机叶片根端处的事件的大电流。通常，这些系统不能检测风力涡轮机叶片上在何处发生了雷击，因此，实际上这些系统对资产的运营者来说价值有限。例如，如果系统通知大型风力涡轮发电机发生了非常大且可能具有破坏性的雷击，则操作员实际上可能不会充分利用该信息。在不知道风力涡轮机叶片上在何处发生了雷击的情况下，该数据没有实际操作价值，并且不能仅基于该数据来决定是停止风力涡轮发电机还是使其保持运行。因此，例如，如果操作员能够接收到发生了大型雷击的信息，比如固体金属尖端接收器，那么根据设计和测试数据，可以确定此事件将不会代表对风力涡轮机叶片的运行的威胁。但是，如果二次保护如表面网格发生了相同的雷击，则可以确定叶片可能存在表面损坏，但没有办法停止其运转。在这种情况下，可以单纯地强调在下一个预定间隔对风力涡轮发电机进行检查和表面修复。这将是真正有用的运行信息。

US 8,258,773 B2公开了一种用于检测风力涡轮机叶片上的雷击的系统和方法，其中在压力侧和吸入侧中的每一者上都设置有多个雷电接收器。雷电接收器电联接到可包括多个部件的叶片接地导体。在一个实施例中，每个接收器通过支线连接到叶片接地导体的中心线。中心线和支线具有适合于限定风力涡轮机的整个接地系统的导电部件的仪表，用于经由叶片接地导体与风力涡轮机的主接地导体的连接来将任何一个接收器上的雷击传递到地面。电流传感器配置有雷击接收器中的每一个。各个电流传感器配置有与每个雷击导体相关联的支线。电流传感器也配置有中心线。电流传感器具体地被配置为产生初级电流，该初级电流与由于相应传感器上的雷击而流过形式为中心线或支线的相关接地导体的电流成比例。该初级电流与流过中心线或支线的雷击电流成比例。电流传感器包括核心构件，接地连接器穿过该核心构件。核心构件由具有规定数量的绕组的初级绕组缠绕。公共信号转换器子系统与每个电流传感器可操作地相关联，并且将初级电流转换为处理信号。信号转换器子系统还可包括一个或多个次级电流转换器，其与初级电流传感器串联布置，以便将初级电流逐步减小为信号电流。然后将处理信号传送到处理子系统，其中将处理信号与阈值进行比较。如果处理信号超过阈值，则指示对相应接收器上的雷击的正指示。利用该系统，理论上可以确定叶片上的特定击中位置。然而，为了将每个所描述的电流传感器与公共信号转换器子系统连接，物理布线将是必要的，并且这在风力涡轮机中实际上非常难以实现。此外，物理布线将代表检测系统本身被其适于测量的雷电电流损坏的高风险。