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浅谈风机雷电监测系统

来源:中国能源网   时间:2016-11-11 09:46  阅读:0
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  随着国内风机研究成果的发展,防雷技术的发展对于风机的运作稳定性起着重要作用。如今,几乎所有风机叶片都专有接闪器,且众多概念也被相继提出并用于实际操作中。如,防雷区(LPZ),防雷装置 (LPS),引下线,接地装置等等。雷击所产生的电能量非常巨大,且对风机以及其个系统部件会造成巨大损害,并带来巨额维修和非计划停机损失。然而,上述防雷产品却不能100%保证能对风机以及风机各重要部件进行防雷保护。在雷击发生后,控制中心能及时了解雷击情况从而做出适当决定是非常重要的,而非只依靠防雷产品,如风机部件被雷击损坏而控制中心没有及时了解情况,则错过最佳反应时机,反而带来更大损失。现今,市面上也有各式雷击计数器和雷电监测系统。

  理想的雷电监测系统应具备:

  1. 可准确及时地监测所有直接雷击情况,不管雷击电流大小,雷击落雷点在风力发电机的哪一个部位,不管雷击流经过风机的哪一个部位。

  大部分现有雷电监测系统的记录器安装在风机内部引下线上,此安装方式及运作方式只能记录经过引下线的雷电流,然后实际情况下,雷电流会停留在风机的各部位,电磁场布满整个塔身,因此,经过其他部件的雷电流将不被记录,降低了监控系统的准确率。

  2. 监测系统只监测直接雷击,不记录周边风机落雷情况

  我国多数地区属于强雷暴活动区域,加之装机密度高,每一次雷击所产生的巨大电磁场覆盖区域很大,因此临近的风机会有交集电磁场的情况出现。如不能准确记录直接雷击信息,控制中心则无法准确定位被雷击的风机。

  3. 监测系统可及时向控制中心发送落雷警报

  当直接雷击中风机时,需及时向控制中心反馈并发送警报,以便控制中心快速做出决定,以把损失最小化。

  4. 该系统的运作不应对风机内部的敏感部件造成影响,如控制系统

  监测系统需独立运作,且其运作不会对其他部件造成损害或者影响,否则会更多地增加运作成本以及不稳定性。

  5. 该系统可稳定运作多年,及时在安装该系统后常年没有经历雷击,但如发生雷击,仍可正常记录

  每对风机进行一次检修或者更换零部件的成本都是巨大的,因此雷电监测系统的运作稳定性以及更长的使用寿命可节约风机运作成本。

  6. 在风机停电情况下也可正常运作记录雷击

  如因其他原因,风机需停止运作,此时雷电监测系统仍需保持正常运作,仍正常记录雷击情况,并发出警报。

  7. 该系统需保存雷击警报并保留警报信息,直至控制中心作出反应

  丹麦一研发公司与丹麦奥尔堡大学合作研发了一套雷电检测系统。该系统包括2套天线环,1个天线转换器,一个控制接收盒,一条光线。

  工作原理

  天线环安装在塔身约离地面3米高的位置,在此高度有2个原因,原因之一为,地面上的人不可以随便触碰,之二为这个高度可覆盖雷击电流在风机经过的范围。

  当雷电击中风机的任何部位,天线环会捕捉经过风机塔身的雷击磁场,并将其传输导天线接收转换器,继而被转换为电子信号,光线会将词雷击电子信号传输至控制盒。控制盒与风机控制系统集成,进而雷击信号通过控制盒传输至控制中心,被读取。该系统的所有组成部件都进行绝对绝缘,因此在雷击后电磁场升高的情况下,不会对风机控制系统造成损坏。同时使用2套天线环,可达到准确无误监测直接落雷信息,而不被邻近风机落雷后产生的电磁场的影响而触发警报。

  监测系统的触发点可进行人工设置,通常建议设置为500A (Peak current, puls shape 8/20 us),该电流量是很弱的雷电情况。

浅谈风机雷电监测系统

  当风机上只装有一只天线环时,所接收的雷击信息则存在误导性。如上图显示,风机方圆100米内的强度为50kA,方圆400米内的强度为200kA,以及方圆1000米内的强度为500kA的雷电流都会被监测,此时,控制中心则无法准确定位被雷电击中的风机。(风机塔身半径为1M,至于(x,y)=(0,0))

浅谈风机雷电监测系统

  当风机上装有2只天线环时,所接收的雷击信息则可更准确地记录直接落雷信息。如上图所示,雷击电流需在风机内部以及外部才会被天线环接收信息。500A的触发点即雷电流为50kA,且需要方圆10米范围内才发出警报。同理,200kA的雷电流需在方圆20米内。由于风机的高度,雷电击中风机地面20米附近的几率是很小的。

  防雷产品是否经过试验测试验证是至关重要的。如叶片接闪器等就存在众多问题,不能对叶片进行恰当保护。据全国风力机械标准化技术委员会数据,早期的叶片防雷系统并没有进行防雷系统的实验验证,并且,作为叶片防雷系统中最为重要的接闪器、引下线均没有做过任何电流载荷测试。

  此系统在丹麦奥尔堡大学进行实验测试,其中用于实验的风机由NEG-Micon(已被维斯塔斯风机收购)提供。该系统同时在极端恶劣环境下被测试,测试结果都显示,天线接收器和控制盒运作正常,并符合国际EMC要求。

  由于风机安装位置以及其巨大体型,特别容易受到直击雷、侧击雷和感应雷的袭击,对风电机组件采取防雷措施以及雷电监测系统的运用,可大大减少雷击对风机带来的损失,并快速做出正确响应。

编辑:于莉
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