[發明專利]用于風力渦輪機的防雷保護系統

有效

• 申請號: 201210133820.9
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102767487A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發明（設計）人: B.萊夫克;K.奧爾森
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00;H02H9/04;H02G13/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬永利;李家麟

技術領域

本發明涉及用于風力渦輪機的防雷保護系統。它進一步涉及風力渦輪機和用于保護風力渦輪機的組件（例如電氣組件）免受雷擊的方法。

背景技術

當雷電撞擊到風力渦輪機時，該雷電通常擊中一個或多個葉片的區域，來自雷擊的電流從那里通過傳導裝置（例如引下線（down?conductor））在葉片內部或外部傳導到一個或多個風力渦輪機組件（例如輪轂、機艙和塔架）并且進一步向下傳導到地。于是，目標是確保來自雷擊的電流在其通過風力渦輪的路線上不會到達任何電氣組件（例如發電機或轉換器）或將會被雷擊的大能量損壞的其他關鍵組件（例如主軸承或變速箱）。

從雷擊產生的強電磁場、大電流以及高電壓的組合將損壞風力渦輪機的發電機或其他電氣組件。具有一種直接驅動風力渦輪機（也被稱為無齒輪風力渦輪機），其使得更難以在不會特別損壞發電機的情況下將雷擊從一個或多個葉片傳導通過風力渦輪機，因為它直接連接到風力渦輪機的葉片輪轂。具有一種帶有利用外部旋轉轉子的發電機的直接驅動風力渦輪機，其使得甚至更難以找到一種將來自風力渦輪機的葉片上的雷擊的電流傳導到地而不損壞發電機的方式。

在風力渦輪機的現有技術設計中，雷擊由葉片的引下線直接傳導到輪轂，其將進一步將來自雷擊的電流傳導到機艙并且進一步向下傳導到地。這種種類的防雷保護系統不會工作于直接驅動風力渦輪機，在該直接驅動風力渦輪機處，發電機直接連接到輪轂，所以發電機于是可能被雷擊損壞。

從專利US?7,377,750?B1，已知具有一種防雷保護系統，其用于將雷擊傳導到葉片并進一步傳導到圍繞葉片輪轂的區域并且沿著風力渦輪機的葉片輪轂和關鍵組件周圍的路徑。該解決方案的難點在于，盡管輪轂周圍的雷電傳導路徑非常長，具有一個或多個方向變換或回轉并且在該路徑具有方向變換或回轉的每個地方，存在來自雷擊的電流從雷電傳導路徑跳到接近于該雷電傳導路徑的組件（比如例如葉片輪轂）并且然后進一步到發電機的巨大風險。

發明內容

因此，本發明的第一目的在于提供一種用于風力渦輪機的改進的防雷保護系統。本發明的第二目的在于提供一種克服先前提到的困難并且降低所提到的風險的有利風力渦輪機。本發明的第三目的在于提供一種用于保護風力渦輪機的組件免受雷擊的有利方法，其降低了來自雷擊的電流從雷電傳導路徑跳到接近于該雷電傳導路徑的組件并且然后進一步到發電機的風險。

通過如權利要求1中所述的用于風力渦輪機的防雷保護系統來解決第一目的。通過如權利要求4中所述的風力渦輪機來解決第二目的。通過如權利要求15中所述的保護風力渦輪機的組件免受雷擊的方法來解決第三目的。從屬權利要求限定本發明的其他發展。

本發明的用于風力渦輪機的防雷保護系統包括至少一個絕緣高壓電纜。此外，該防雷保護系統包括拾取（pick-up）單元和附加絕緣高壓電纜。該至少一個絕緣高壓電纜例如在其第一端部處以電氣方式連接到雷電接收器（receptor）。此外，該至少一個絕緣高壓電纜例如在其第二端部處以電氣方式連接到拾取單元。該拾取單元能夠借助于所述附加絕緣高壓電纜進一步以電氣方式連接到電氣接地構件。

絕緣高壓電纜的使用具有下述優點，來自風力渦輪機的組件（例如風力渦輪機葉片）上的雷擊的電流可以從該組件傳導到電氣接地構件（例如風力渦輪機的塔架），而不會到達敏感電氣組件（比如定子繞組和轉子的永久磁體）并且還會回避關鍵部件（比如主軸承）。

用于防雷保護的標準電氣隔離高壓電纜（還被縮寫為HV電纜）可以被用作HV電纜并且可以以簡單的方式（在例如轉子葉片和風力渦輪機的內部軸上的附著區域之間不存在若干個方向變換或回轉）驅動。

此外，拾取單元的使用具有下述優點，僅一個附加絕緣HV電纜對將來自雷擊的電流傳導到電氣接地構件（例如風力渦輪機塔架）是必需的。在這種情況下，僅一個HV電纜通過風力渦輪機的關鍵電氣組件（比如發電機或轉換器）或可能會被雷擊的大能量損壞的其他關鍵組件（比如主軸承或變速箱）。

優選地，屏蔽設備（例如屏蔽軟管（hose）或屏蔽管）被安裝在至少一個HV電纜周圍或附加HV電纜周圍。備選地，屏蔽設備或屏蔽裝置（例如屏蔽軟管或屏蔽管）可以直接在所述至少一個HV電纜中或附加HV電纜中實施。該屏蔽設備可以由金屬材料制成。此外，該屏蔽設備可以通過特定的支架安裝和/或承載。可以在HV電纜周圍安裝的附加屏蔽軟管或管（例如金屬屏蔽軟管或管）的使用降低了HV電纜周圍的電磁場。

例如，該至少一個HV電纜和/或附加HV電纜可以借助于滑動環和/或接觸電刷和/或火花隙（spark?gap）而電氣連接到拾取單元。