CN211287980U

CN211287980U - 一种风力发电机组机舱罩防雷系统

Info

Publication number: CN211287980U
Application number: CN201922376130.6U
Authority: CN
Inventors: 陈国飞
Original assignee: Beijing Xinye New Energy Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Xinye New Energy Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2020-08-18
Anticipated expiration: 2029-12-25

Abstract

本实用新型涉及一种风力发电机组机舱罩防雷系统，包括防雷接闪器、等电势笼和接地母线。其中，防雷接闪器设置在机舱外壳的尾部；防雷接闪器与等电势笼连接，等电势笼环设在机舱的内壁上，且等电势笼通过第一碳刷装置与轮毂连接；等电势笼通过第二碳刷装置与等电势笼连接，接地母排套设在塔筒外部。本实用新型通过在机舱外壳上设置防雷接闪器，用作保护风速计和风标免受雷击，在遭受雷击的情况下将雷电流通过接地电缆传到机舱上层平台，避免雷电流沿传动系统的传导。在机舱内部，将机舱、塔筒整体设计成为完整的等电势笼，等电势笼内属于电磁洁净区域，可有效屏蔽雷电电磁脉冲引起的线路雷电干扰。

Description

一种风力发电机组机舱罩防雷系统

技术领域

本实用新型涉及一种避雷设备，具体涉及一种风力发电机组机舱罩防雷系统。

背景技术

风能是一种可再生的绿色清洁能源，风电机组是能够利用风能发电的装置，随着风电机组单机容量的增大和机身高度的增加，风电机组雷电灾害的严重性正日趋显著。

直击雷是一种大气放电过程，放电的路径包括具有接闪装置的物体或者建筑物的顶部区域，甚至包括具有直击雷防护的区域。在直击雷作用的区域，任何人及电气设备都处在危险之中。直击雷带来的结果就是沿着放电路径所带来的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。风电机组包括塔筒和设置在塔筒顶端的机舱罩，风力发电机组的机舱罩的雷电流主要来源于轮毂叶片的泄放雷电流及风向标顶部接闪器的泄放雷电流，因此，需要在风力发电机组的内部安装防雷系统以保护风力发电机组。

实用新型内容

直击雷保护是基于麦克斯韦平衡方程式。雷电流的泄放时间非常的短，高频的放电电流使得电流放电路径的电感比实际的电阻更为重要，随着放电过程的结束，电流路径的电感会快速回落。因此，对于电流放电路径，其周围是固体还是外围带电的导体都不是很重要，因为在封装的物体内部，电磁场为零。正是基于此，避雷装置所连接的线路包括等电势笼及防雷保护系统。

雷电流通常传导至风力发电机组内所有设备的金属部位，使用雷电保护爪和碳刷结构，保护旋转部件的轴承，并进行静电补偿，而静电的平衡通常发生在雷暴来之前的时间。

本实用新型的主要目的是提供一种风力发电机组机舱罩防雷系统，利用直击雷电流的特性对风力发电机组进行保护，在风力发电机组的机舱外壳内壁上安装有等电势笼，避免风力发电机组受损。

为了完成上述目的，本实用新型提供了一种风力发电机组机舱罩防雷系统，包括防雷接闪器、等电势笼和接地母线。防雷接闪器设置在机舱外壳的尾部，防雷接闪器与机舱外壳电性连接；等电势笼环设在机舱外壳的内壁上，且等电势笼通过第一碳刷装置与轮毂连接；等电势笼通过第二碳刷装置与接地母排连接，接地母排套设在塔筒外部，齿轮箱与发电机均通过接地电缆与接地母排连接。

优选的，等电势笼由铜线绕制形成，等电势笼的连接处通过螺栓紧固。

进一步优选的，铜线外同轴设置穿管，铜线贴附机舱外壳安装。

优选的，第一碳刷装置包括第一碳刷、第一碳刷支架和第一集电爪，第一碳刷的与第一集电爪固定连接，第一集电爪与第一碳刷支架滑动连接，第一碳刷支架安装在机舱外壳上。

优选的，第一碳刷的一端通过铜线与等电势笼连接，第一碳刷的另一端与轮毂的法兰相抵接。

优选的，第二碳刷装置包括第二碳刷、第二碳刷支架和第二集电爪，第二碳刷与第二集电爪的顶端固定连接，第二集电爪与第二碳刷支架滑动连接，第二碳刷支架安装在机舱外壳上。

进一步优选的，第二碳刷的一端通过铜线与等电势笼连接，第二碳刷的另一端与接地母排相抵接。

优选的，接地母排通过一根接地电缆与齿轮箱连接，接地母排通过两根接地电缆与发电机连接。

进一步优选的，接地母排通过电缆与机舱控制柜连接。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过在机舱外壳上设置防雷接闪器，用作保护风速计和风标免受雷击，在遭受雷击的情况下将雷电流通过接地电缆传到机舱上层平台，避免雷电流沿传动系统的传导。机舱外壳的雷电流主要来源于轮毂叶片的泄放雷电流及风向标顶部接闪器的泄放雷电流，因此将机舱罩设计成为一个等电势笼。在机舱内部，将机舱、塔筒整体设计成为完整的等电势笼，等电势笼内属于电磁洁净区域，可有效屏蔽雷电电磁脉冲引起的线路雷电干扰。在塔筒与机舱外壳的连接处套设有接地母排，将等电势笼接收到的雷电传导到接地母排，然后接地母排再将雷电通过塔筒传导到大地里，从而实现机舱组的防雷目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的风力发电机组机舱罩防雷系统的机舱的内部剖视图；

图2是本实用新型的风力发电机组机舱罩防雷系统的第一碳刷装置的结构示意图；

图3是本实用新型的风力发电机组机舱罩防雷系统的等电势笼的结构示意图；

图4是本实用新型的风力发电机组机舱罩防雷系统的第二碳刷装置的结构示意图。

附图标记说明

100、机舱外壳；110、齿轮箱；120、发电机；200、轮毂； 300、塔筒；

10、防雷接闪器；11、接地电缆；20、等电势笼； 40、第一碳刷装置；

41、第一碳刷；42、第一碳刷支架； 43、第一集电爪；50、接地母排；

60、第二碳刷装置；61、第一碳刷；62、第二碳刷支架；

63、第二集电爪。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种风力发电机组机舱罩防雷系统，风力发电机的机舱包括机舱外壳100，在机舱内安装有齿轮箱110、发电机120和机舱控制柜（图中未示出），在机舱的一侧安装有轮毂200，轮毂200上安装有叶片（图中未示出）。其中，风力吹动叶片，使得轮毂200转动，然后轮毂200通过主轴（图中未示出）驱动齿轮箱110转动，齿轮箱110通过高速轴（图中未示出）驱动发电机120转动，从而发电机120将风力转换成电力，然后通过导线将电力输送到电网中。另外，在机舱内还设有机舱控制柜（图中未示出），用于容纳相关的控制器件。

在本实施例中，如图1所示，在机舱内安装有发电机组防雷系统，用以保护机舱内的各种器件，防止机舱被雷击损坏。具体的，防雷系统包括防雷接闪器10、等电势笼20和接地母线50，在本实施例中，接地母排50为较粗的电缆。其中，防雷接闪器10设置在机舱外壳100的尾部，通过接地电缆11与机舱外壳100的上层平台连接，也就是说，防雷接闪器10将接收的雷电电流通过接地电缆11传导至机舱外壳100上。

等电势笼环20设在机舱外壳100的内壁上，且等电势笼20通过第一碳刷装置40与轮毂200连接，以便接收轮毂200上的雷电电流（轮毂200上电流主要来源于叶片的电流的传导，在叶片上安装有雷电的传导方案，现有技术中具有多个方案以解决叶片的雷电电流传导，因此，在本实用新型中不再详细赘述）。由于机舱外壳100的雷电流主要来源于轮毂200的泄放雷电流及风向标顶部防雷接闪器10的泄放雷电流，为了使机舱外壳100成为一个法拉第笼，需要把机舱外壳内做成一个等电势笼20。在本实施例中，等电势笼20采用了70 mm²的铜线进行绕制，贴附安装在机舱外壳的内壁上，形成一个环形的笼型区域（如图3所示）。其中，通过第一碳刷装置40与轮毂200连接，通过第二碳刷装置60连接至塔筒300上的接地母排50，然后利用接地母排50将雷电电流传导至塔筒300，塔筒300再将雷电电流传导至地下。其中，铜线以穿管的形式铺设在整个机舱外壳100的内壁上。在连接处（即，由于等电势笼20是由铜线绕制而成，因此，在等电势笼20上具有多个连接处，这些连接处形成了各个节点），为了防止各个连接处移位和产生变形，在各个连接处通过螺栓（图中未示出）将不同方向的铜线紧固在一起，并固定在机舱外壳100上。风电机组防雷系统采用等电势保护保护原理，将机舱、塔架300整体设计成为完整的等电势笼，等电势笼内属于电磁洁净区域，可有效屏蔽雷电电磁脉冲引起的线路雷电干扰。

具体的，在本实施例中，如图2所示，第一碳刷装置40包括第一碳刷41、第一碳刷支架42和第一集电爪43，第一碳刷41与第一集电爪43固定连接，第一集电爪43与第一碳刷支架42通过可滑动连接，第一碳刷支架42安装在机舱外壳100上。另外，在安装时，第一碳刷41超出第一集电爪43一定的长度，使得第一碳刷41的一端与轮毂200的法兰相抵接，第一碳刷41的另一端与等电势笼20通过铜线连接。

另外，在本实施例中，如图4所示，第二碳刷装置60与第一碳刷装置40的安装结构相同，第二碳刷装置60的结构请参考第一碳刷装置40的结构。具体的，第二碳刷装置60包括第二碳刷61、第二碳刷支架62和第二集电爪63，第二碳刷61与第二集电爪63固定连接，第二集电爪63与第二碳刷支架62通过可滑动连接，第二碳刷支架62安装在机舱外壳上。在本实施例中，第二碳刷装置60上的第二碳刷的一端与等电势笼通过铜线连接，第二碳刷的另一端与接地母排50相抵接。

另外，完整的等电位措施可有效抑制来自地电位反击造成的系统过电压，因此，机舱内部的齿轮箱110、发电机120和机组控制柜均应良好接地。具体的，发电机120采用2根接地电缆，优选的，采用70 mm²接地电缆，连接至机舱接地母排；齿轮箱110采用1根接地电缆，优选的，采用70 mm²接地电缆，连接至机舱接地母排；对于机舱控制柜，采用电缆连接接地母排，优选的，采用16mm²电缆连接至接地母排50。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.一种风力发电机组机舱罩防雷系统，其特征在于，包括：

防雷接闪器，所述防雷接闪器设置在机舱外壳的尾部，所述防雷接闪器与所述机舱外壳电性连接；

等电势笼，所述等电势笼环设在机舱外壳的内壁上，且所述等电势笼通过第一碳刷装置与轮毂连接；

接地母排，所述等电势笼通过第二碳刷装置与所述接地母排连接，所述接地母排套设在塔筒外部，齿轮箱与发电机均通过接地电缆与所述接地母排连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组机舱罩防雷系统，其特征在于，所述等电势笼由铜线绕制形成，所述等电势笼的连接处通过螺栓紧固。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组机舱罩防雷系统，其特征在于，所述铜线外设置穿管，所述铜线贴附所述机舱外壳安装。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组机舱罩防雷系统，其特征在于，所述第一碳刷装置包括第一碳刷、第一碳刷支架和第一集电爪，所述第一碳刷的与所述第一集电爪固定连接，所述第一集电爪与所述第一碳刷支架滑动连接，所述第一碳刷支架安装在机舱外壳上。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组机舱罩防雷系统，其特征在于，所述第一碳刷的一端通过铜线与所述等电势笼连接，所述第一碳刷的另一端与所述轮毂的法兰相抵接。

6.根据权利要求1所述的风力发电机组机舱罩防雷系统，其特征在于，所述第二碳刷装置包括第二碳刷、第二碳刷支架和第二集电爪，所述第二碳刷与所述第二集电爪的顶端固定连接，所述第二集电爪与所述第二碳刷支架滑动连接，所述第二碳刷支架安装在所述机舱外壳上。

7.根据权利要求6所述的风力发电机组机舱罩防雷系统，其特征在于，所述第二碳刷的一端通过铜线与所述等电势笼连接，所述第二碳刷的另一端与所述接地母排相抵接。

8.根据权利要求1所述的风力发电机组机舱罩防雷系统，其特征在于，所述接地母排通过一根接地电缆与齿轮箱连接，所述接地母排通过两根接地电缆与所述发电机连接。

9.根据权利要求8所述的风力发电机组机舱罩防雷系统，其特征在于，所述接地母排通过电缆与机舱控制柜连接。