风力发电机组叶片防雷除冰系统的制作方法

本发明涉及风机叶片防雷，尤其涉及一种通过金属网实现风力发电机组叶片防雷除冰系统。

背景技术：

1、风能作为新能源的一种，具有清洁、可再生、永不枯竭等优点，因而得到了广泛的应用。我国南方(湖南、云南和贵州等省)风电场多分布于冬季覆冰严重的高寒山区，具有冬季温度低、湿度大的特殊气候特征，导致冬季风机叶片覆冰引发的风机停机、损毁等事故频发。例如：2020年冬季覆冰期间，湖南省风电机组因覆冰退出备用多达1184台，全省500万千瓦装机容量的风机出力仅10万千瓦，全省因风机冰冻退备损失电量约2.7亿kw·h，造成湖南省内供电短缺；2021年1月，贵州持续寒潮天气导致风机叶片大面积覆冰，造成累计403台风力发电机组停运，严重影响新能源供电可靠性。

2、与此同时，风力发电机组高度高，且位于山顶空旷位置，易遭受雷电直击，导致叶片雷击损坏事故频发。根据我国西南地区700台风力发电机组雷击损伤调查统计，叶片雷击事件数量占比达52％，单次经济损失平均5万元。国内南方某风场的统计数据显示，仅风机桨叶的雷击损坏率就达到5.56片/(百片·年)。

3、现有的叶片除冰主要有气热除冰与电热除冰两种方法，气热除冰方法在叶片内部通以热空气进行除冰，但叶片本身为绝热材料，除冰效率不足，且很多叶片内部未提前安装气道，导致难以推广应用。电热除冰在叶片表面敷设导电碳布进行除冰，但存在增加了叶片雷击损坏的风险。

4、现有的叶片防雷通过在防雷技术主要在叶片表面安装若干接闪器，通过接地引下线将雷电流导入大地，但叶片面积大，现有的叶片接闪器难以将有效引雷，导致叶片本体的复合纤维材料遭受雷击损坏的风险激增。

技术实现思路

1、本发明目的在于公开一种风力发电机组叶片防雷除冰系统，以实现风机叶片在防雷与除冰模式间的智能切换。

2、为达上述目的，本发明公开的风力发电机组叶片防雷除冰系统包括：

3、传感器、控制主机、直流加热电源、除冰/接地开关、雷击浪涌防护器件和金属网；

4、各所述传感器，分别用于实时测量环境温度、风速、覆冰厚度，并将采集数据传递至所述控制主机的运算处理器进行相应处理；

5、所述直流融冰电源由机舱轮毂电机引入，经半桥整流电路产生低压大电流，直流电源输出经滑环后连接至叶片上的除冰/接地开关；

6、雷电浪涌防护器件的两个接线端分别与金属网两端连接，以防止感应与直击雷电流损坏直流电源；

7、所述金属网的两端分别与除冰/接地开关连接以对应直流融冰电源的正负端，并经避雷引下线接地；

8、所述控制主机，用于连接并控制所述除冰/接地开关在除冰模式下将直流电源电缆与叶片金属网连接，并在切换至防雷模式时，断开叶片金属网与直流电源电缆之间的连接并将叶片金属网接地；

9、其中，所述控制主机根据各传感器的数据匹配防雷模式或除冰模式的条件为：当环境温度大于0℃时，进入防雷模式，关闭融冰电源，同时将除冰开关接地；当环境温度小于或等于0℃，且覆冰厚度大于设定阈值时，进入除冰模式，启动融冰电源，并将除冰开关连接至直流除冰电缆位置，然后根据加热功率调整融冰电源输出功率，对叶片进行除冰，除冰完成后，再将除冰开关接地，进入防雷模式；所调整的融冰电源输出功率根据环境温度、风速、覆冰厚度和金属网的表面积计算得出。

10、本发明具有以下有益效果：

11、结构简单，能实现风机叶片在防雷与除冰模式间的智能切换，防雷除冰效果良好！

12、下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种风力发电机组叶片防雷除冰系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的风力发电机组叶片防雷除冰系统，其特征在于，所述金属网采用延展型铜网或者镍网。

3.根据权利要求2所述的发电机组叶片防雷除冰系统，其特征在于，所述金属网的厚度为0.3-0.4mm，网孔为正方形结构，开放面积53％，网孔边长3-3.5mm。

4.根据权利要求2所述的发电机组叶片防雷除冰系统，其特征在于，所述金属网的加工工艺包括：延展金属网由定制的精密金属网模具沿着一个方向撕裂、拉伸，经过罗拉辊被加工到最终的厚度；然后再依次经退火、表面处理及电沉积后形成。

5.根据权利要求1至4任一所述的发电机组叶片防雷除冰系统，其特征在于，所述防雷除冰金属网设置于叶尖4m-5m位置处以及叶尖至叶根10％-20％位置处的叶片前缘位置处。

6.根据权利要求5所述的发电机组叶片防雷除冰系统，其特征在于，融冰电源加热功率p的计算公式为：

技术总结
本发明涉及风机叶片防雷技术领域，公开一种实现风力发电机组叶片防雷除冰系统，以实现风机叶片在防雷与除冰模式间的智能切换。系统包括：各传感器，分别用于实时测量环境温度、风速、覆冰厚度；直流融冰电源由机舱轮毂电机引入，经半桥整流电路产生低压大电流，直流电源输出经滑环后连接至叶片上的除冰/接地开关；雷电浪涌防护器件的两个接线端分别与金属网两端连接；金属网的两端分别与除冰/接地开关连接以对应直流融冰电源的正负端，并经避雷引下线接地；控制主机用于连接并控制除冰/接地开关在除冰模式下将直流电源电缆与叶片金属网连接，并在切换至防雷模式时，断开叶片金属网与直流电源电缆之间的连接并将叶片金属网接地。

技术研发人员：谢鹏康,蒋正龙,胥望,付志瑶,王博闻
受保护的技术使用者：国网湖南省电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12