新浪博客

风电叶片雷电测试及雷电防护导流条的使用。

2019-04-08 10:03阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/6852710993

1. 概述
风能是一种可再生资源，风力发电具有容量大、无污染和综合治理成本较低等优点，其开发和利用受到世界各国越来越多的关注。目前我国风电装机数量已经达到9万余台，容量超过1.4亿千瓦，而且以每年超过1万台的速度增长。据预测，到2020年中国风电装机容量有望达到3亿千瓦左右，目前各国正加快对风力发电机组的研究步伐，不断推出新的技术和装备。
雷电是一种常见的自然现象，全球每秒有30~100次闪电发生，一天之内，闪电次数可达到900万次。雷电具有非常高的能量，一次闪电的电压最高能达到10亿伏，电流超过20万安培，内部温度达到2万度，是太阳表面温度的3~5倍，如果被闪电击中，便会造成非常严重的破坏。
风场一般都建在高山或者开阔的平原地带，因此非常容易遭受雷击，尤其是风电叶片，属于最容易经雷击而损坏的部位，图1为遭受雷击的叶片，叶片遭受雷击后的维修费用非常昂贵，一次雷击会造成非常严重的损失。目前国内对于叶片的雷电防护还处于起步阶段，国内使用最多的还是铝叶尖和叶身接闪器系统，但是防护效果比较有限。



图1 遭受雷击的叶片
2.雷电导流条
雷电导流条，又叫雷电分流条或者接闪带，是一种能够接闪雷电并传导雷电流的长条状装置。雷电导流条最早应用在飞机雷达罩上面，雷达罩属于非金属复合材料，并且非常容易遭受雷击，因此世界各国都非常重视雷达罩雷电防护工作。图2为安装导流条的飞机雷达罩。



图2 安装雷电导流条的飞机雷达罩
在种类众多的导流条中，应用最广泛、性能最优、最有前景的是片段式雷电导流条。片段式导流条由一系列薄的导电金属片，用阻性材料互相连接，紧固于复合基带上组成，具体结构如图3所示。



图3 片段式雷电导流条的基本结构
片段式雷电导流条的工作原理如图4所示。在正常情况下，由于金属片段之间存在间隙，导电通道处于断开状态，整个导流条属于绝缘体；当遭遇雷击时，相邻金属片段两端开始聚集大量电荷，并产生羽毛状的电弧，当电压达到一定值时，金属片段便会击穿上方空气，形成电离通道，雷电流可以经过此通道，传导到引下线，具体如图5所示。由于雷电流是从导流条上方的空气电离通道传导，并不经过导流条本身，因此不会对导流条自身造成破坏，同时也避免大电流对叶片表面造成损伤。

图4 片段式雷电导流条的工作原理

图5导流击穿前（a）和击穿时（b）的照片
3.导流条在叶片上的应用
风电叶片材料与雷达罩相似，并且有着相同的雷电防护需求，因此使用导流条进行叶片雷电防护，受到了越来越多厂家的重视。在叶片表面粘接雷电导流条，可以有效增加叶片对雷电的接闪范围，当雷电来临时，导流条上的金属片会优先产生上行先导，去迎合雷电的下行先导形成导电通路，此时导流条在雷电高压下已经形成空气电离通道，因此雷电流可以通过导流条传导至引下线系统，从而避免叶片遭受雷击而发生损坏。
公司在叶片防护雷电导流条研究上进行了大量研究工作，公司对导流条的防雷性能、环境老化性、方案布置、粘接工艺等方面进行了系统研究，同时根据不同风场的实际需求，开发出一系列适用于各种场合的雷电导流条，并且已经在多个风场获得应用。



图7安装雷电导流条的叶片
4. 总结与展望
叶片雷电防护是整个风电行业的一个难点，雷电导流条的出现，给叶片防雷带来新的方法，多个风场的实际使用经验表明，使用雷电导流条，能有效解决叶片遭雷击问题，大大减小业主和厂商的损失，但是风电行业有自身的特殊性，风场一般都建立在自然环境比较恶劣的地方，并且叶片设计寿命长达20年，单纯将飞机领域的导流条移植到风电领域，是非常不明智的，应在飞机雷电防护导流条的基础上，根据风电行业的特点，对导流条进行适当结构改进和性能调整，使其满足风电行业的特殊需求，这样才能保证导流条对叶片进行持久、安全的防护。


我的更多文章

下载客户端阅读体验更佳

APP专享