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风电叶片雷击防护系统研究进展
发稿时间:2018-01-12         作者:文/李新凯          来源:国家能源风电叶片研发(实验)中心     【字号:

  雷击是影响风电机组安全运行的主要因素之一,风电机组的本体结构高耸突出,常位于旷野或山区地带,是地面上容易受到雷电直击的大型结构体。同时,由于风电机组叶片叶尖的对地高度随机组单机容量的增大而不断增加,风电机组在空间引雷的效果明显增强,这导致大容量机组的雷击损坏事故率进一步上升。因此,大容量风电机组叶片的雷击防护已成为制约风电机组运行可靠性水平提升的瓶颈问题之一。 

  目前,风电机组叶片的防护设计主要依据国际电工委员会IEC2002年颁布的风力发电机组防雷推荐标准IEC/TR 61400-24进行(如图1所示)。但依据该标准设计的风电机组雷电接闪防护系统存在失效率高的问题,因为该标准仅给出了一般性和经验性的设计原则,未充分考虑风力发电机组雷击过程上行先导产生机理和上、下行先导接闪机理,因此无法给出定量化的设计条款和具体的实施细则。 

  研究人员根据风电叶片雷击接闪机理及叶片气动特性,研制了新型外置雷击防护系统(如图2所示),该防护系统外形类似于飞机放电刷,但应用原理与放电刷不同。接闪器布置于叶片尾缘,另一端与叶片下引线连接接地。高电压放电试验结果见图3。本次试验有无接闪器放电试验分别放电10次,其中无外置接闪器放电试验击穿空气间隙10次,击中叶片表面10次。有外置接闪器放电试验击穿空气间隙10次,击中外置接闪器10次,击中叶片表面0次。从本次设置的放电试验来看,新型外置雷击防护系统明显提高了雷击接闪效率。从图3中对比可以看出,电极放置在叶片前缘、尾缘中间正上方,如果没有外置接闪器,高温电弧理论上应在电极垂直正下方寻找最短路径放电,但叶片尾缘有外置接闪器后,高温电弧与外置接闪器形成放电通路。 

  目前研究人员正根据叶片结构、叶片加工工艺对新型雷击防护系统进一步优化。 

图1  IEC/TR 61400-24推荐的典型雷击接闪防护系统

图2 新型外置雷击防护系统

3 风电叶片新型雷击防护系统高压放电试验

 
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