雷电监测装置、风电机组、风电机组监测系统及监测方法与流程

本发明涉及设备维护技术领域，具体涉及一种雷电监测装置、风电机组、风电机组监测系统及监测方法。

背景技术

雷电安全防护通道是避免被保护物或其内部设备遭受雷电灾害一项重要防护手段；具体地，防雷，是指通过组成拦截、疏导最后泄放入地的一体化系统方式以防止由直击雷或雷电的电磁脉冲对被保护物本身或其内部设备造成损害的防护技术。

其中，如图1所示，雷电安全防护通道包括位于防雷装置的顶部的接闪器1以及雷电流引线2。接闪器的工作原理是把雷电引向自身，承接直击雷放电；接地是雷电安全防护通道的最重要环节，不论是直击雷防护还是雷电的静电感应、电磁感应和雷电波入侵的防护技术，最终都是利用接地引线把雷电流送入大地。例如，现有风电机组的雷电安全防护通道的工作原理如下：在风电机组的非金属叶片上安装接闪器，当非金属叶片接触雷云时，接闪器起到接收、导通雷电流的作用；雷电流再通过叶片内的引线将接闪器所接收的雷电高电流传输到轮毂内，经轮毂后，流入主轴；经塔筒将雷电流导入大地；风电机组的雷电安全防护通道包括：接闪器、引线、轮毂、主轴以及塔筒。

现有技术中的雷电安全防护通道，用于避免被保护物遭受雷击灾害。在建筑物遭受一次雷击灾害之后，雷击可能会对雷电安全防护通道本身造成损害，甚至会导致该雷电安全防护通道失去雷电防护的能力。因此，需要维护人员定期对雷电安全防护通道进行检修，若在两次检修期间内雷电安全防护通道不能正常工作，被保护物容易遭受雷击，则该雷电安全防护通道的防护可靠性较低。

技术实现要素：

鉴于此，本发明实施例提供了一种雷电监测装置、风电机组、风电机组监测系统及监测方法，以解决现有技术中雷电安全防护通道的防护可靠性较低的缺陷。

本发明实施例提供了一种雷电监测装置，包括：

电流互感器，套设在雷电流引线外侧且固定在待监测物上，用于监测雷电流引线上的雷电流信号；其中，所述雷电流引线与待监测物的接闪器连接，用于将所述接闪器承接的雷电流引入大地；

数据采集装置，与所述电流互感器连接，用于对所述雷电流信号进行处理，并输出处理结果。

可选地，所述数据采集装置包括：

ad转换器，用于将所述电流互感器输出的模拟信号转换成数字信号；

滤波器，用于对所述数字信号进行滤波；

放大器，用于对滤波后的所述数字信号进行放大，以形成所述处理结果。

本发明实施例还提供了一种风电机组，包括：本发明上述任一项所述的雷电监测装置。

可选地，包括：

至少两节塔筒，相邻两个所述塔筒通过连接组件固定；

第一固定件，所述雷电流引线的两端分别通过所述固定件固定在所述连接组件上。

可选地，还包括：

叶片，可转动地设置在机舱上；

机舱，可转动地设置在第一塔筒的顶部；所述第一塔筒的另一端固定在第二塔筒的顶部；

其中，所述电流传感器套设在所述第一塔筒与所述第二塔筒之间的所述雷电流引线上。

可选地，所述数据采集器固定设置在所述机舱内，所述数据采集器与所述电流传感器通过数据线连接。

可选地，所述连接组件包括：

两个连接法兰，分别固定在相邻两个所述塔筒的端部；

多个第二固定件，用于固定两个所述连接法兰。

本发明实施例还提供了一种风电机组监测系统，其特征在于，包括：

至少一个上述任一所述的风电机组；

服务器，用于接收所述数据采集器输出的处理结果，并基于所述处理结果发出报警信号。

可选地，所述风电机组之间采用环形组网方式进行通信连接。

本发明实施例还提供了一种风电机组的监测方法，包括：

接收风电机组发送的雷电流信息；其中，所述雷电流信息中携带有所述风电机组的编号；

基于所述雷电流信息，发出报警信号。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明实施例提供的雷电监测装置，在雷电监测装置遭受雷击时，雷电流引线将雷电流引入大地，此外，通过在雷电流引线外侧套设电流互感器，感生出雷电流信号，后续利用感生出的雷电流信号对待监测物是否遭受雷击进行监测，以便及时对遭受雷击的待监测物的雷电安全防护通道进行检修，提高雷电安全防护通道的防护可靠性。

2.本发明实施例提供的雷电监测装置，通过数据采集装置对雷电流信号进行模数转换、滤波以及放大，能够减小后续终端对数据的处理；即，在各个待监测物对应的数据采集装置中已经对雷电流信号进行了处理，而不需集中至后续终端中进行处理，提高数据处理的效率。

3.本发明实施例提供的风电机组，利用雷电监测装置对风电机组是否遭受雷击进行判断，利用套设在雷电流引线外侧的电流互感器感生出的雷电流信号对风电机组是否遭受雷击进行监测，以便及时对遭受雷击的风电机组的雷电安全防护通道进行检修，提高雷电安全防护通道的防护可靠性。

4.本发明实施例提供的风电机组，其中，雷电流引线的两端分别固定在连接组件上，相当于分别固定在相邻的两个塔筒上；由于塔筒上涂覆有防腐油漆，会导致塔筒连接处的电阻较大，不利于雷电流导通接地，因此，通过连接相邻两个塔筒上的雷电流引线保证塔筒整体的雷电流导通能力，提高了雷电安全防护通道的可靠性。

5.本发明实施例提供的风电机组，通过将电流互感器设置在风电机组最顶层两节塔筒连接处的雷电流引线上，即，电流互感器设置在风电机组雷电安全防护通道中的薄弱点之后，用以监测薄弱点是否遭受雷击，提高了监测的精度。

6.本发明实施例提供的风电机组监测系统，利用服务器实现对所有风电机组的监测，在监测到风电机组遭受雷击后，及时发出报警信号，便于维护人员及时对相应的风电机组进行检修，以保证其防雷的可靠性。

7.本发明实施例提供的风电机组的监测方法，其中，在雷电流信息中携带有风电机组的编号，在发出报警信号时能够提示具体是哪台风电机组遭受到雷电损害，以便于警告维护人员对相应的风电机组的雷电安全防护通道，尤其是雷电安全防护通道的薄弱点进行检修。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中雷电安全防护通道的结构图；

图2为本发明实施例中雷电监测装置的结构图；

图3为本发明实施例中数据采集器的结构图；

图4为本发明实施例中风电机组的结构图；

图5为本发明实施例中图4的a部放大图；

图6为本发明实施例中风电机组监测方法的流程图；

附图标记：1-接闪器；2-雷电流引线；3-电流互感器；4-数据采集器；41-ad转换器；42-滤波器；43-放大器；5-塔筒；51-第一塔筒；52-第二塔筒；6-连接组件；61-连接法兰；62-第二固定件；7-机舱；8-叶片；9-第一固定件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例提供一种雷电监测装置，该雷电流监测装置安装在待监测物上，用于对待监测物是否遭受雷击进行监测，进一步地，用于对待监测物的雷电安全防护通道是否遭受雷击进行监测。

如图2所示，雷电监测装置包括电流互感器3以及数据采集装置4。其中，电流互感器3套设在雷电流引线2的外侧且与待监测物固定，用于监测雷电流引线2上的雷电流信号。具体地，当待监测物遭受雷击时，雷电安全防护通道上的接闪器1会承接雷电流，此时雷电流引线2上会有雷电大电流流过，电流互感器3基于雷电流引线2上的雷电大电流感生出雷电流信号。即，利用电流互感器3就能够在不改变原有雷电安全防护通道的结构的基础上，对其是否遭受雷击进行监测。

此外，数据采集装置4与电流互感器3连接，电流互感器3将感生出的雷电流信号发送给数据采集装置4，该数据采集装置4用于对雷电流信号进行处理，并输出处理结果。例如，数据采集装置4可以利用比较电路对电流互感器3发送的雷电流信号的大小进行判断，也可以对雷电流信号进行滤波、放大处理后输出，用于后续终端对该数据采集装置4的处理结果进行处理等等。

本实施例提供的雷电监测装置，在待监测物的雷电安全防护通道遭受雷击时，雷电流引线2将雷电流引入大地，此外，通过在雷电流引线2外侧套设电流互感器3，以感生出雷电流信号；后续利用感生出的雷电流信号对待监测物是否遭受雷击进行监测，以便于及时对遭受雷击的待监测物的雷电安全防护通道进行检修，提高雷电安全防护通道的防护可靠性。

需要说明的是，该雷电监测装置可以应用于建筑物、风电机组等其他安装有雷电安全防护通道的待监测物上。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图3所示，数据采集装置4包括ad转换器41、滤波器42以及放大器43。具体地，电流互感器3所输出的雷电流信号为模拟信号，该模拟信号发送给数据采集装置4之后，利用ad转换器41转换为数字信号。此外，转换之后的数字信号，经过滤波器42进行滤波，以去除数字信号中的噪声，提高后续数据处理的准确性；最后，利用放大器43对滤波后的数字信号进行放大，形成数据采集装置的处理结果发送给后续终端进行处理。

由于在各个待监测物对应的数据采集装置中已经对雷电流信号进行了处理，而不需集中至后续终端中进行处理，提高数据处理的效率。

本发明实施例还提供了一种风电机组，如图4所示，该风电机组包括雷电监测装置，该雷电监测装置对风电机组是否遭受雷击进行判断，利用套设在雷电流引线2外侧的电流互感器3感生出的雷电流信号，对风电机组是否遭受雷击进行监测，以便于及时对遭受雷击的风电机组的雷电安全防护通道进行检修，提高雷电安全防护通道的防护可靠性。

其中，雷电监测装置的具体结构细节请参照图2以及图3所示实施例的描述，在此不再赘述。

进一步地，如图4所示，风电机组包括至少两节塔筒5且相邻的两节塔筒5通过连接组件6固定；此外，在相邻两节塔筒5之间连接有雷电流引线2，用于保证塔筒5整体的雷电流导通能力。这是由于塔筒5上涂覆有防腐油漆，会导致相邻两节塔筒5连接处的电阻较大，不利于雷电流的导通接地，因此，利用设置在相邻两节塔筒5之间的雷电流引线2提高塔筒5的雷电流导通能力。

发明人在对风电机组的雷电安全防护通道进行研究的过程中发现，风电机组的雷电安全防护通路上存在至少三个雷电流导通的薄弱点，即在风电机组遭受雷电袭击时，这些薄弱点最易受到损伤。具体为，当风电机组遭受雷电袭击时，非金属叶片内的雷电流引线将雷电大电流传输至轮毂。由于风机在运行时，变桨系统随时控制叶片的角度，即叶片和轮毂之间会存在相对转动，而相对转动时通过轴承实现的，但是轴承是不容易导电的，因此在叶片与轮毂之间设有雷电流导通装置(例如，防雷碳刷、锯齿形间隙放电装置)，其用于将雷电大电流从叶片传输至轮毂。当机组受到雷电攻击时，雷电大电流是通过雷电流导通装置从叶片间接导通至轮毂的，相对于其他直接连接的部位容易损伤。因此，叶片与轮毂的连接处为第一薄弱点。此外，风机在运转时，主轴与叶片会保持相同的转速运转，因此，主轴与轮毂之间也会存在相对的转动，主轴与轮毂的连接处为第二薄弱点。随着风向的不断改变，偏航系统会不断的改变叶片的迎风角度，即主轴等部件与塔筒之间存在相对的转动，因此，此处为第三薄弱点。

当风电机组遭受雷电袭击时，雷电大电流会从接闪器导入，依次流经第一薄弱点、第二薄弱点、第三薄弱点、塔筒直至接地。因此，将电流互感器3设置在风电机组雷电安全防护通道中的薄弱点之后，即风电机组最顶层两节塔筒5连接处的雷电流引线2上，用以监测薄弱点是否遭受雷击，提高了监测的可靠性。

其中，如图5所示，用于连接相邻两节塔筒5的连接组件6包括连接法兰61以及第二固定件62。对应于相邻两节塔筒5的端部都固定有连接法兰61，且相对设置的两个连接法兰61通过多个第二固定件62固定。具体地，两个连接法兰61利用螺栓与螺钉固定连接。

具体地，如图4所示，该风电机组包括4节塔筒5、机舱7以及叶片8。塔筒5由上至下分别为第一塔筒51至第四塔筒；机舱7可转动地设置在第一塔筒51的顶部，第一塔筒51的另一端固定在第二塔筒52的顶部；叶片8，可转动地设置在机舱7上。其中，雷电监测装置中的数据采集器4固定设置在机舱7内，该数据采集器4通过数据线与电流互感器3连接，用于保障数据的可靠传输。

如图5所示，在第一塔筒51与第二塔筒52之间连接有雷电流引线2，该雷电流引线2的两端分别通过第一固定件9固定在相对设置的两个连接法兰61上。例如，第一固定件9为螺栓，设置在第一塔筒51的连接法兰61上的为第一螺栓，设置在第二塔筒52的连接法兰61上的为第二螺栓。电流互感器3在具体安装时，可以拆解下第一螺栓或第二螺栓中的任意一个，将电流互感器3套设在雷电流引线2的外侧，再将拆解下的螺栓回装，并将电流互感器3固定在塔筒上。

可选地，连接组件6也可以是包括其他与连接法兰61功能类似的组件，只需保证该连接组件6能够实现相邻两节塔筒5的可靠固定即可。

本发明实施例还提供一种风电机组监测系统，该监测系统用于对风电场中的风电机组是否遭受雷电袭击进行监测。具体包括多个风电机组以及服务器，其中，风电机组之间通过环形组网方式进行通信，每个风电机组内的数据采集器将处理结果输出至服务器中，服务器基于处理结果发出报警信号。

具体地，风电机组监控系统的工作原理如下：当风电机组受到雷击时，叶片上的接闪器1会接收雷电流。通过叶片8内部的雷电流引线、第一薄弱点、第二薄弱点以及第三薄弱点将雷电流导通至塔筒5。不同塔筒5之间通过雷电流引线2将雷电流导通至大地。当塔筒5之间的雷电流引线2上有雷电流通过时，套设在雷电流引线2上的电流互感器3内产生感应电流模拟信号，通过数据线将模拟信号传输至机舱7内的数据采集器4。数据采集器4将接收到的模拟信号转化为数字信号，经进行滤波以及放大处理后，发送给中控室内的服务器。中控室内的服务器通过风电机组环网与数据采集器4建立通信连接，用于对数据采集器4的处理结果发出报警信号。

该风电机组监测系统利用服务器实现对所有风电机组的监测，在监测到风电机组遭受雷击后，及时发出报警信号，便于维护人员及时对相应的风电机组进行检修，以保证其防雷的可靠性。

本发明实施例还提供了一种风电机组的监测方法，如图6所示，包括：

s11，接收风电机组发送的雷电流信息。

其中，雷电流信息中携带有风电机组的编号。在风电场中可能包括有多个风电机组，每个风电机组都对应于唯一的编号。在风电机组中的雷电监测装置监测到雷电流信号时，风电机组中的数据采集器4将接收到的雷电流信号附加上对应的风电机组的编号一起发送给服务器。服务器接收到风电机组发送的雷电流信息时，利用其携带的风电机组的编号，即可确认出是哪台风电机组遭受雷电袭击。

s12，基于雷电流信息，发出报警信号。

服务器在接收到风电机组发送的雷电流信息时，发出报警提示，提示哪台机组遭受到雷电损害，同时警告维护人员及时对相应风电机组雷电安全防护通道的第一薄弱点至第三薄弱点进行检查确认，以确保风电机组雷电安全防护通道的可靠性。当风电机组再次受到雷电袭击时，雷电安全防护通道能够正常工作，以保证风电机组的安全性。

可选地，风电机组还可以记录下其遭受雷电袭击的次数，并将记录的次数发送给服务器，以便服务器后续进行统计分析。

可选地，该风电机组的监测方法是基于上述实施例中的风电机组的监控系统进行的。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。