專利名稱：一種采用防雷電設(shè)計方案的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用防雷電設(shè)計方案的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，屬于 風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電作為可再生的清潔能源受到各國政府、能源界和 環(huán)保界的高度重視。我國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)步入高速發(fā)展軌道，風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備制造及相關(guān)領(lǐng)域的市場前景十分廣闊。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常位于開闊的野外區(qū)域，而且高度很高，所以整個 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組暴露在直接雷擊的威脅之下。風(fēng)機(jī)內(nèi)部集中了大量敏感的 電氣、電子設(shè)備， 一次雷擊帶來的損壞將是非常大的。因此，必須為 風(fēng)機(jī)內(nèi)的電氣、電子設(shè)備提供完整的防雷保護(hù)方案。
在現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)防雷方案中，由于風(fēng)桿風(fēng)機(jī)槳葉為非金屬的玻璃鋼， 因此通常不設(shè)置接閃器進(jìn)行直擊雷防護(hù)，而是在機(jī)艙上端設(shè)置避雷針， 通過金屬軟線與金屬管塔基礎(chǔ)環(huán)形成人工地網(wǎng)。在金屬管塔的下端，
控制箱的接地匯流點上安裝有一級電源SPD (浪涌保護(hù)器)，而從機(jī)艙 下至控制箱的通信電纜上通常不安裝任何SPD。
實踐證明，只在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的電源一級安裝SPD是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 另外，由于槳葉到輪轂的引下線直接固定在輪轂上，槳葉轉(zhuǎn)動會導(dǎo)致 引下線的絕緣層損壞甚至扭斷，從而對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組帶來嚴(yán)重的安全 隱患。因此，現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷方案必須進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)。
針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的防雷問題，人們嘗試了多種技術(shù)解決方案。 例如在國際申請?zhí)枮閃000/14405的PCT申請中，提出了一種帶有避雷 器的風(fēng)力渦輪機(jī)槳葉。該避雷器由一條或多條扁長的碳素纖維增強(qiáng)塑 料帶制成，這些纖維帶構(gòu)成風(fēng)力渦輪機(jī)槳葉的一部分。扁長的碳素纖 維增強(qiáng)塑料帶以此方式增強(qiáng)了槳葉并使雷電分流。另外，在專利號為 200720061832. X的中國實用新型專利中，提出了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防 雷系統(tǒng)。該系統(tǒng)在槳葉內(nèi)部和機(jī)艙上設(shè)有雷電接受體和導(dǎo)體裝置，在 輪轂、主軸、齒輪箱、機(jī)架和塔架上設(shè)有放電裝置，雷電接受體和導(dǎo)體裝置與放電裝置電連接，放電裝置與設(shè)置在地下的接地裝置電連接。
該系統(tǒng)可以克服雷擊其瞬間巨大的電流和電壓對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組帶來的危害。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種采用防雷電設(shè)計方 案的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從外部直擊雷防護(hù)、內(nèi)部防雷、 電源線布線、信號線布線、等電位連接等方面采用了多項防.雷電設(shè)計。
為實現(xiàn)上述的目的，本實用新型采用下述的技術(shù)方案
一種采用防雷電設(shè)計方案的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括風(fēng)機(jī)槳葉、塔架、 機(jī)艙、發(fā)電機(jī)、變壓器、齒輪箱，所述機(jī)艙安裝在所述塔架上，機(jī)艙 的前端設(shè)置所述風(fēng)機(jī)槳葉，所述風(fēng)機(jī)槳葉通過所述齒輪箱帶動所述發(fā) 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所述發(fā)電機(jī)與所述變壓器電連接，其特征在于
所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還具有用于防雷電的引下線1，所述引下線1 的上端固定在所述風(fēng)機(jī)槳葉上的預(yù)計雷擊點處，下端通過走線筒3的 開孔后改為彈簧形式，穿過防雷支架4的中心孔后固定到輪轂上。
所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上還具有多個浪涌保護(hù)器。
所述浪涌保護(hù)器設(shè)置在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)8和定子側(cè)9〃靠近發(fā)電 機(jī)的接線盒安裝，距離小于1米。
從機(jī)艙到控制箱的信號線與主電力電纜的綁接處分離，兩者保持 0. 6米以上的距離。
信號線通過加裝金屬槽或金屬管的方式加屏蔽層保護(hù)，屏蔽層的 上下兩端接地。
從控制箱到中控室的光纖電纜在地下埋深0.8米以上，兩端的屏 蔽層及加強(qiáng)金屬芯都接地。
在管塔基礎(chǔ)用多股銅線引出一個匯流排，將電力電纜的屏蔽層、 信號線路的屏蔽層連接到所述匯流排上。
本實用新型所提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以解決雷電的反擊電流和高 電壓對信號線纜的干擾問題，同時防止了引下線的絕緣層損壞甚至扭 斷，從而杜絕了直擊雷對風(fēng)機(jī)槳葉造成的嚴(yán)重?fù)p害。以下結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1是本實用新型所提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總體防雷設(shè)計布線圖。
其中，1為引下線，2為人孔板，3為走線筒，4為防雷支架，5 為主軸防雷碳刷，6為主軸承座，7為避雷器，8為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)，9 為發(fā)電機(jī)定子側(cè)，10為機(jī)座，11為主軸碳刷接地線，12為塔筒碳刷 接地線，13為塔筒碳刷，14為定子接上塔筒線，15為銅編制線，16 為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地線，17為電源線，18為信號線，19為環(huán)形獨立地極。
具體實施方式
本實用新型所提供的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括風(fēng)機(jī)槳葉、塔架、機(jī)艙、 發(fā)電機(jī)、變壓器、齒輪箱等組成部分。其中機(jī)艙安裝在塔架上，機(jī)艙 的前端設(shè)置風(fēng)機(jī)槳葉，風(fēng)機(jī)槳葉通過齒輪箱帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī) 與變壓器電連接。這些都是本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所熟悉的常規(guī)設(shè)計， 在此就不詳細(xì)贅述了 。
為了克服現(xiàn)有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組防雷接地方案的不足，本實用新型從 從外部直擊雷防護(hù)、內(nèi)部防雷、電源線布線、信號線布線、等電位連 接等方面進(jìn)行了較為完整的防雷設(shè)計，下面分別進(jìn)行詳細(xì)的說明。
眾所周知，國際電工委員會對防雷過電壓保護(hù)的防護(hù)區(qū).域劃分為 LPZ0區(qū)、LPZ1區(qū)和LPZ2區(qū)。本發(fā)明人經(jīng)過仔細(xì)分析，認(rèn)為對風(fēng)力 發(fā)電機(jī)組而言，在金屬塔架接地良好的情況下，風(fēng)機(jī)槳葉、機(jī)艙的外 部(包括機(jī)艙)、塔架外部(包括塔架)架空線、變壓器應(yīng)屬于LPZ0區(qū)， 這些部位是遭受直擊雷(繞雷)或不遭受直擊雷但電磁場沒有衰減的 部位。機(jī)艙內(nèi)、塔架內(nèi)的設(shè)備應(yīng)屬于LPZ1區(qū)，這其中包括電纜、發(fā) 電機(jī)、齒輪箱等。塔架內(nèi)電氣柜中的設(shè)備，特別是屏蔽較好的弱電部 分應(yīng)屬于LPZ2區(qū)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的落雷點一般是在風(fēng)機(jī)的槳葉上，因此接閃器應(yīng)預(yù) 先布置在槳葉的預(yù)計雷擊點處以接閃雷擊電流。如圖1所示，為了解 決LPZ0區(qū)的直擊雷問題，本實用新型用玻璃膠將引下線1的上端固 定在槳葉的預(yù)計雷擊點處后，繼續(xù)將引下線1通過走線筒3的開孔， 將下端的引下線做成彈簧形式，穿過防雷支架4的中心孔后固定到輪 轂上。這樣，整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為外部直擊雷提供的接地路線是雷擊(槳葉上)接閃器一(槳葉內(nèi)腔)導(dǎo)引線一槳葉根部一機(jī)艙主機(jī)架一專 設(shè)(塔架)引下線一接地網(wǎng)引入大地。
此外，為了進(jìn)一步減少外部直擊雷的不利影響，本實用新型依據(jù) "雷擊選擇性"的原理，在整個風(fēng)電場選擇雷電閃擊的高概率點處設(shè) 置避雷針攔截雷電。例如在一個實施例中，分別在高度不同的三處位 置分別設(shè)置三個避雷針?biāo)?。這三處位置是根據(jù)經(jīng)驗確定的風(fēng)電場中易 遭受雷電的位置。然后，在各避雷針?biāo)戏謩e裝上避雷針。各避雷針
塔的基礎(chǔ)處應(yīng)設(shè)有環(huán)形獨立地極19，其接地電阻《10Q。避雷針可以 是E. S.E6000型或者其它類似型號。此類E.S.E避雷針能在閃電之前 發(fā)生提前先導(dǎo)，從而減少周圍空間電荷的發(fā)展。
在對LPZ1區(qū)的電氣設(shè)備進(jìn)行防雷電設(shè)計時，本發(fā)明人突破了傳統(tǒng) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計者所遵循的DINVDE 0185標(biāo)準(zhǔn)的局限。這是因為該 標(biāo)準(zhǔn)只適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳葉、塔架、塔架外部、機(jī)艙、機(jī)艙外 部的防雷過電壓保護(hù)，不能滿足塔架機(jī)艙內(nèi)部電氣系統(tǒng)防雷過電壓保 護(hù)要求。在塔架、機(jī)艙內(nèi)部電氣系統(tǒng)的防雷過電壓保護(hù)中，本發(fā)明人 經(jīng)過深入研究，認(rèn)為發(fā)電機(jī)的SPD (浪涌保護(hù)器)應(yīng)盡量靠近發(fā)電機(jī) 的接線盒安裝，愈近愈好，距離最好小于1米。這樣可以避免由于SPD 和需要保護(hù)的設(shè)備之間發(fā)生反擊電流現(xiàn)象，產(chǎn)生過電壓潛伏在發(fā)電機(jī) 繞組內(nèi)，使發(fā)電機(jī)繞組的絕緣被潛伏的過電壓擊穿。
本實用新型在針對LPZ2區(qū)的內(nèi)部防雷設(shè)計方案中，通過三級SPD (浪涌保護(hù)器)來消除雷電產(chǎn)生的感應(yīng)電流，即在電源線、信號線、 數(shù)據(jù)線的進(jìn)口端均采取了防感應(yīng)雷電侵入的措施，加裝了三級SPD 等，以滿足接地、均壓、屏蔽、限幅、分流、隔離等技術(shù)要求。
三級SPD的保護(hù)作用各不相同，它們分為B、 C、 D三級，其中B 級的作用在于避雷，C級的作用在于過壓保護(hù)，D級的作用在于浪涌吸 收保護(hù)。三級SPD所放置的位置也不同，例如對于發(fā)電機(jī)而言，應(yīng)該 在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)8、定子側(cè)9設(shè)置相應(yīng)的SPD;對于機(jī)艙開關(guān)柜而言， 從塔基控制柜到機(jī)艙開關(guān)柜的線纜，應(yīng)在線路進(jìn)入開關(guān)柜的入口端安 裝SPD;對于輪轂變槳系統(tǒng)而言，在電源線與信號線進(jìn)入變槳系統(tǒng)的 入口端安裝相應(yīng)的SPD;對塔基變頻柜而言，從發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子來
的電源線路在進(jìn)入變頻柜時，應(yīng)安裝相應(yīng)的SPD;對于塔基控制柜而言，應(yīng)在外部線纜進(jìn)入控制柜的入口端安裝相應(yīng)的SPD;對于變壓器 而言，則在變壓器低壓側(cè)安裝第一級SPD，在變壓器高壓側(cè)安裝相應(yīng) 的高壓避雷器。
此外，為了進(jìn)一步改善LPZ2區(qū)的雷電防護(hù)效果，機(jī)艙制成一個 封閉的金屬殼體，相關(guān)的電氣設(shè)備都裝在控制箱中。在塔基和機(jī)艙的 不同設(shè)備之間的線纜應(yīng)帶有外部金屬屏蔽層。從機(jī)艙到控制箱的信號 線應(yīng)解開與主電力電纜的綁接處，兩者應(yīng)保持0.6米以上的安全距離。 信號線通過加裝金屬槽或金屬管的方式加屏蔽層保護(hù)，金屬屏蔽層的 上下兩端應(yīng)可靠接地。從控制箱到中控室的光纖電纜也應(yīng)在地下埋深 0.8米以上，且兩端的金屬屏蔽層及加強(qiáng)金屬芯都應(yīng)接地。
等電位連接可以有效抑制雷電引起的電位差，在防雷技術(shù)中具有 十分重要的意義。在本實用新型的等電位連接處理中，主要包括三個
方面第一，在管塔基礎(chǔ)用多股銅線引出一個匯流排，將電力電纜屏
蔽層、信號線路屏蔽層等可靠連接到匯流排上；第二，在中控室的基 礎(chǔ)地網(wǎng)引一個匯流排供計算機(jī)邏輯地、電氣安全地及屏蔽地、SPD接 地共用；第三，在變壓器的重復(fù)接地處引一個匯流排供線路屏蔽接地 和SPD接地共用。各共接地網(wǎng)的接地電阻不宜大于10Q 。
以上對本實用新型所提供的采用防雷電設(shè)計方案的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 進(jìn)行了詳細(xì)的說明。對本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，在不背離本實用 新型實質(zhì)精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構(gòu)成對 本實用新型專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求1.一種采用防雷電設(shè)計方案的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括風(fēng)機(jī)槳葉、塔架、機(jī)艙、發(fā)電機(jī)、變壓器、齒輪箱，所述機(jī)艙安裝在所述塔架上，機(jī)艙的前端設(shè)置所述風(fēng)機(jī)槳葉，所述風(fēng)機(jī)槳葉通過所述齒輪箱帶動所述發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所述發(fā)電機(jī)與所述變壓器電連接，其特征在于所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還具有用于防雷電的引下線(1)，所述引下線(1)的上端固定在所述風(fēng)機(jī)槳葉上的預(yù)計雷擊點處，下端通過走線筒(3)的開孔后改為彈簧形式，穿過防雷支架(4)的中心孔后固定到輪轂上。
2. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于 所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上還具有多個浪涌保護(hù)器。
3. 如權(quán)利要求2所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于 所述浪涌保護(hù)器設(shè)置在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)(8)和發(fā)電機(jī)定子側(cè)(9)，靠近發(fā)電機(jī)的接線盒安裝，距離小于1米。
4. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于 從機(jī)艙到控制箱的信號線與主電力電纜的綁接處分離，兩者保持0. 6米以上的距離。
5. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于信號線通過加裝金屬槽或金屬管的方式加屏蔽層保護(hù)，屏蔽層的 上下兩端接地。
6. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于 從控制箱到中控室的光纖電纜在地下埋深0. 8米以上，兩端的屏蔽層及加強(qiáng)金屬芯都接地。
7. 如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其特征在于 在管塔基礎(chǔ)用多股銅線引出一個匯流排，將電力電纜的屏蔽層、信號線路的屏蔽層連接到所述匯流排上。
專利摘要本實用新型公開了一種采用防雷電設(shè)計方案的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，包括風(fēng)機(jī)槳葉、塔架、機(jī)艙、發(fā)電機(jī)、變壓器、齒輪箱，機(jī)艙安裝在塔架上，機(jī)艙的前端設(shè)置有風(fēng)機(jī)槳葉，風(fēng)機(jī)槳葉通過齒輪箱帶動發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)與變壓器電連接。該風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還具有用于防雷電的引下線(1)，引下線(1)的上端固定在風(fēng)機(jī)槳葉上的預(yù)計雷擊點處，下端通過走線筒(3)的開孔后改為彈簧形式，穿過防雷支架(4)的中心孔后固定到輪轂上。上述防雷電措施可以解決由于雷電的反擊電流和高電壓對信號線纜的干擾問題，同時防止了引下線的絕緣層的損壞甚至扭斷，從而杜絕了直擊雷對風(fēng)機(jī)槳葉帶來的嚴(yán)重?fù)p害。
文檔編號H02H9/00GK201401288SQ20092010729
公開日2010年2月10日 申請日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者冰 劉, 高英俊 申請人:鋒電能源技術(shù)有限公司