[發(fā)明專利]一種能在線監(jiān)測的防直擊雷限流保護系統(tǒng)及風(fēng)力發(fā)電機

在審

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• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN112186698A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫建中
• 申請（專利權(quán)）人: 四川省奧凌通信工程有限責(zé)任公司
• 主分類號: H02G13/00
• 分類號: H02G13/00;H02H9/00;H02H9/02;F03D80/30;F03D17/00;G01R19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種能在線監(jiān)測的防直擊雷限流保護系統(tǒng)，包括限流保護器101和在線監(jiān)測儀；在線監(jiān)測儀包括檢測線圈102、輸入保護單元103、檢測單元104、CPU單元105、電源106、通訊單元107；限流保護器101與檢測線圈102相配合，檢測線圈102通過輸入保護單元103與CPU單元105通訊連接，CPU單元105與通訊單元107作通訊連接；檢測單元104與輸入保護單元103、CPU單元105通訊連接，電源106分別與檢測單元104、CPU單元105、通訊單元107供電連接。限制了大的雷電流通過，具備實時監(jiān)測的功能。風(fēng)力發(fā)電機加裝帶在線監(jiān)測的防直擊雷限流保護系統(tǒng)后，減小的雷擊電流完全不會對風(fēng)機和葉片造成損傷。通過在線監(jiān)測可提前對該系統(tǒng)內(nèi)限流器的有效期進行合理預(yù)判。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種能在線監(jiān)測的防直擊雷限流保護系統(tǒng)，屬于智能避雷器技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機、高壓傳輸線等離雷云較近區(qū)域的雷電防護。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的富蘭克林避雷針是一種引雷入地的裝置，200多年來由于傳統(tǒng)避雷針的普及應(yīng)用，大大的減少了雷電對人、畜、物的直接傷害和破壞，但是隨著近幾十年來高壓傳輸和風(fēng)力發(fā)電的快速發(fā)展，富蘭克林避雷針在實際應(yīng)用中顯露出它的一些局限性：

1、富蘭克林避雷針接閃時，強大的雷電流通過避雷針、引下線、接地裝置泄放入大地，這將會使整個泄流通道上產(chǎn)生很高的電壓，當(dāng)進入高壓傳輸鐵塔或風(fēng)機后與泄流通道的距離達不到安全距離的要求時，泄流通道上的高電位會向附近的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生放電，引起由超高電位反擊而造成的雷電災(zāi)害。

2、富蘭克林避雷針作為直擊雷保護裝置時，其接地電阻必須符合GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》的要求。高山巖石等地質(zhì)環(huán)境非常惡劣的地區(qū)，土壤電阻率都很高，如需制作接地電阻符合規(guī)范要求的地網(wǎng)，往往投資非常巨大，接地電阻值卻未必滿意。在雷擊時，由于接地電阻偏大造成的地電位反擊損壞設(shè)備的現(xiàn)象非常嚴(yán)重。

3、雷電流泄放入地時，將會在地面產(chǎn)生很高的跨步電壓，跨步電壓將會對人、畜造成生命危害，嚴(yán)重時還可能斃命。

4、富蘭克林避雷針在接閃入地的過程中，強大的雷電流（數(shù)千安～數(shù)百千安）以極快的速度（微秒級）沿接閃器及引下線進入地中的過程中，對風(fēng)力發(fā)電機來說可能使葉片內(nèi)產(chǎn)生較大熱能而對葉片造成損壞；同時雷電接閃對葉片表面材料也會產(chǎn)生較大的破壞，甚至因地電位高壓反擊造成風(fēng)機上電器受損；對高壓傳輸線則可能因地電位升高反擊而造成線路跳閘，造成電力傳輸中斷。

由于傳統(tǒng)富蘭克林避雷針在防雷中存在以上局限性，所以傳統(tǒng)避雷針不太適合高壓傳輸線路和風(fēng)力發(fā)電機的引雷防護。

高壓傳輸線路中的鐵塔和避雷線都可起到引雷和接閃作用，當(dāng)接閃的雷電流較小時（小于幾個KA）不會產(chǎn)生破壞作用；但當(dāng)接閃的雷電流太大，則可能會出現(xiàn)因地電位升高而造成反擊，引起線路跳閘，從而產(chǎn)生電力傳輸中斷。風(fēng)機葉片本屬風(fēng)力發(fā)電機中用作迎風(fēng)而帶動傳動軸進行發(fā)電的工具，同時也作為傳統(tǒng)的防雷擊引雷針用（葉片表面有2-3個金屬接閃器，接閃器連接金屬導(dǎo)線直到葉片根部，最后連接到風(fēng)機輪轂的接地處）。當(dāng)雷電流較小時，其作用顯而易見，可以起到防雷作用；而當(dāng)雷電流很大時（大于100KA以上），則可能起到反作用：一是使風(fēng)機的對地電壓變得很高（幾十萬伏），易對風(fēng)機內(nèi)部電器設(shè)備造成損壞；二是葉片遭遇特大雷電流通過時，對葉片表面和內(nèi)部都可能造成一定程度的熱損傷。經(jīng)過風(fēng)力發(fā)電幾十年的運行情況來看，傳統(tǒng)的葉片引雷防護已不能滿足現(xiàn)在的使用需求，反而給風(fēng)電行業(yè)帶來許多煩惱。由于傳統(tǒng)的避雷針是將雷電流引入大地，避雷針自身并不需要被保護，所以當(dāng)避雷針只是引雷而不發(fā)揮其他功能時，則可放心使用，且避雷針使用壽命較長，一般短時間不需要更換維護。但風(fēng)機葉片不僅發(fā)揮避雷針的作用，而更為重要的是其還屬風(fēng)力發(fā)電機上價高位重部件，而且在使用中葉片維護更換費用昂貴。因此，在雷電高發(fā)區(qū)域，當(dāng)雷電流很大時，依靠傳統(tǒng)防雷只能聽天由命，因而導(dǎo)致雷電高發(fā)區(qū)域風(fēng)電場葉片遭雷電破壞概率較高，經(jīng)濟損失較大。由此可見如何改變對風(fēng)機葉片的雷電防護尤為重要且迫在眉睫。另外，由于傳統(tǒng)避雷器都不具備實時監(jiān)測的功能，當(dāng)避雷器出現(xiàn)劣化和損壞時，維護人員無從知曉，故其使用效果存在很大的隱患。