风电机组雷击故障监测系统与防雷保护系统的制作方法

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种风电机组雷击故障监测系统与防雷保护系统。

背景技术：

海上风力发电具有风能资源丰富、风速高且稳定、不占用土地、适宜大规模开发等优势，具有极大的发展潜力，所以现在风力发电的发展趋势是在海上风力发电的应用。由于海上风力发电机(风电机组)所处的位置一般较高，同时风力发电机的套筒与叶片的长度较长，所以风力发电机的叶尖所处的位置距离地面较远，在雷雨天气下，容易遭受到雷电的袭击。在日常的巡视与维护中，也经常遇到风力机叶片遭受雷击形成裂纹、鼓胀甚至断裂的现象，较多的情况下，形成裂纹与鼓胀并不十分明显，在巡视过程中很难被发现，而小的裂纹与鼓胀不及时处理，容易造成积水曝裂等进一步的损害，并且影响风力机叶片的平衡与发电效率，从而影响风电机组的安全运行。

目前，通过在风电机组上安装避雷针，在叶片的靠近尖端部周围设置有吸引雷电的金属接闪点，接闪点在受到雷击之后，通过与接闪点连接的导电杆或导电线将雷击的电流传导致塔筒内的接地线上，进而将雷电传导到大地上。可以将雷电通过接闪点传导接地，进而可以有效保护风力机叶片的其他部位免受雷电破坏。然而，这仅仅是一种简单的保护风力机叶片的其他部位免受雷电破坏的方法，维护人员无法及时了解风电机组遭受雷击，导致风电机组遭受雷击发生故障而不知，严重影响风电机组的安全性。

技术实现要素：

基于此，有必要针对的风电机组安全性低的问题，提供一种风电机组雷击故障监测系统与防雷保护系统。

一种防雷保护系统，包括：开设有盲孔的主体、核心、由可气化材料制成的连接件、第一弹性件、第二弹性件、密封盖、底板以及用于连接在外部信号源与检测终端之间的开关；

所述核心以及所述第一弹性件分别容置于所述盲孔，所述核心通过所述连接件连接所述主体，所述第一弹性件的一端抵持所述核心，另一端连接于所述盲孔的底壁，所述密封盖的一面通过所述第二弹性件与所述底板连接，所述密封盖的另一面与所述核心相抵持，所述开关安装于所述底板。

在其中一个实施例中，所述第一弹性件为弹簧，第二弹性件为扭簧。

在其中一个实施例中，所述连接件为卡扣。

在其中一个实施例中，所述主体的盲孔的侧壁上设置有突起，所述核心通过所述连接件安装于所述主体的突起。

还提供一种风电机组雷击故障监测系统，包括：检测终端、服务器终端以及如上述任意一项所述的防雷保护系统，所述防雷保护系统通过所述检测终端与所述服务器终端连接，所述防雷保护系统安装于待测风电机组；

所述防雷保护系统在检测到所述待测风电机组遭受雷击时输出电信号至所述检测终端，通过所述检测终端将所述电信号发送至所述服务器终端，所述服务器终端根据所述电信号进行故障分析获得故障检测结果。

在其中一个实施例中，所述检测终端的数量为至少两个，所述防雷保护系统的数量为至少两个，每个所述检测终端分别对应连接至少一个所述防雷保护系统。

在其中一个实施例中，在所述服务器终端根据所述电信号进行故障分析获得故障检测结果中，所述服务器终端在接收到所述电信号时，进行次数记录，在记录的次数超过预设次数时，确定所述故障检测结果为有故障发生，发出报警信号。

在其中一个实施例中，上述风电机组雷击故障监测系统，还包括移动终端，所述移动终端与所述服务器终端连接，用于接收从所述服务器终端发送的信息，所述信息包括所述报警信号。

在其中一个实施例中，所述信息还包括所述风电机组雷击故障监测系统的运行状态信息。

在其中一个实施例中，上述风电机组雷击故障监测系统，还包括报警终端，所述检测终端通过所述报警终端与所述服务器终端连接。

上述防雷保护系统，初始时，开关断开，在遭受到雷击时，会有大量的电流流入防雷保护系统，使得防雷保护系统中的核心发热，由于连接件为由可气化材料制成的连接件，即连接件在受到高温会气化的，连接件是和核心连接的，在核心发热将热量传递给连接件使连接件的温度不断升高，从而可导致连接件气化，使核心不再与主体连接即脱离主体，如此，核心在第一弹性件的弹力作用下弹出主体的盲孔，此时，密封盖的另一面不再与核心抵持，失去核心对其的作用力，在第二弹性件的作用下移动改变位置，第二弹性件连接在底座上，开关也安装在底座上，在第二弹性件的移动过程中推动所述开关动作使开关闭合，从而外部信号源通过闭合的开关与检测终端连通，为检测终端提供电信号，以告知检测终端防雷保护系统有受到雷击并核心弹出。如此，防雷保护系统可准确地为检测终端提供电信号，从而让维护人员准确地了解有遭受雷击，便于维护排查雷击故障，提高安全性。

上述风电机组雷击故障监测系统，防雷保护系统安装在待测风电机组上，用于检测待测风电机组遭受雷击的情况，即检测待测风电机组是否有遭受到雷击，在检测到待测风电机组遭受雷击时防雷保护系统输出电信号至检测终端，检测终端接收电信号后将其转发至服务器终端，由于只有在防雷保护系统遭受雷击时才会发出电信号，从而服务器终端在接收电信号后可进行故障分析获得故障检测结果，后续维护人员可根据故障检测结果进行有效故障排查，避免无法获知遭受雷击时发生故障使风电机组运行不稳定导致不安全的问题，提高风电机组的安全性。

附图说明

图1为一实施例的防雷保护系统的截面结构示意图；

图2为另一实施例的防雷保护系统中核心弹出后的截面结构示意图；

图3为图1的防雷保护系统中核心与卡扣连接的结构示意图；

图4为一实施例的风电机组雷击故障监测系统的模块图；

图5为另一实施例的风电机组雷击故障监测系统的模块图。

具体实施方式

请参阅图1和图2，提供一种实施例的防雷保护系统110，包括：开设有盲孔1011的主体101、核心102、由可气化材料制成的连接件103、第一弹性件104、第二弹性件105、密封盖106、底板107以及用于连接在外部信号源与检测终端之间的开关(图未示)。

核心102以及第一弹性件104分别容置于盲孔1011，核心102通过由可气化材料制成的连接件103连接主体101，第一弹性件104的一端抵持核心102，另一端连接于盲孔1011的底壁，密封盖106的一面通过第二弹性件105与底板107连接，密封盖106的另一面与核心102相抵持，开关安装于底板107。

第一弹性件104的另一端连接于盲孔1011的底壁，如此，第一弹性件104的另一端固定在盲孔1011的底壁，即使第一弹性件104的一端在弹力的作用下移动，整个第一弹性件104也固定在盲孔1011的底壁，第一弹性件104的一端移动时为与其抵持的核心102提供一个力，核心102通过由可气化材料制成的连接件103安装于主体101内，第一弹性件104的一端与其抵持。另外，密封盖106的一面通过第二弹性件105连接底板107，即密封盖106通过第二弹性件105安装在底板107上，且密封盖106的另一面与置于盲孔1011的核心102相抵持，即密封盖106的一面与底板107连接，第二弹性件105为密封盖106的一面提供一个力，密封盖106的另一面通过与核心102抵持，核心102为密封盖106的另一面提供一个力，密封盖106的上述两面分别受到来自不同器件提供的力以至于密封盖106置于核心102与第二弹性件105之间。

上述防雷保护系统110，初始时，开关断开，在遭受到雷击时，会有大量的电流流入防雷保护系统110，使得防雷保护系统110中的核心102发热，由于连接件103为由可气化材料制成的连接件103，因此连接件103在高温时会气化。而连接件103是和核心102连接，核心102发热会将热量传递给连接件103，使连接件103的温度不断升高，从而可导致连接件103气化，使核心102不再与主体101连接即脱离主体101，如此，核心102在第一弹性件104的弹力作用下弹出主体101的盲孔1011，此时，密封盖106的另一面不再与核心102抵持，失去核心102对其的作用力，在第二弹性件105的作用下移动改变位置，第二弹性件105连接在底座上，开关也安装在底座上，在第二弹性件105的移动过程中推动开关动作使开关闭合，从而外部信号源通过闭合的开关与检测终端连通，为检测终端提供电信号，以告知检测终端防雷保护系统110有受到雷击且核心102弹出。如此，防雷保护系统110可准确地为检测终端提供电信号，从而让维护人员准确地了解有遭受雷击，便于维护排查雷击故障，提高安全性。同时，防雷保护系统110的核心102弹出，将热量带走，避免与防雷保护系统110连接、接触或靠近的器件因为高温热胀冷缩损坏。

在其中一个实施例中，第一弹性件104为弹簧，第二弹性件105为扭簧。如此，弹簧和扭簧成本低，可控制防雷保护系统110的制造成本以及便于防雷保护系统110的制造。

在其中一个实施例中，连接件103为卡扣。卡扣结构简单，简化防雷保护系统110结构，成本低，且便于使用。

请参阅图3，在本实施例中，在核心102的侧壁上设置有用于容置部分卡扣的安装槽1021。具体地，卡扣的一端置于安装槽1021，与核心102卡接，另一端与主体101卡接，如此，通过卡扣实现核心102与主体101的卡接。

进一步地，安装槽1021的数量为2个，卡扣的数量为2个，每个安装槽1021内容置一个卡扣的部分，如此，即使其中一个卡扣损坏，还可通过另一个未损坏的卡扣连接核心102和主体101，提高防雷保护系统110的质量。

在其中一个实施例中，主体101的盲孔1011的侧壁上设置有突起1012，核心102通过连接件103安装于主体101的突起1012。

由于核心102是与第一弹性件104的一端抵持的，第一弹性件104的一端为核心102提供一个作用力，核心102在作用力的作用下是可移动的，为了使核心102固定在主体101，需要提供一个力与第一弹性件104为其提供的作用力相对应，通过设置连接件103为其提供一个力，让其安装在主体101，通过在主体101的盲孔1011的侧壁上设置突起1012，以便于核心102安装固定核心102。

在其中一个实施例中，上述防雷保护系统110还包括与主体101连接的引下线。

当雷击发生时，雷电流通过防雷保护系统110引入系统中，之后通过引下线，分别通过风电机组的叶片200、轮毂罩、机舱罩以及塔架，最终释放到大地之中，起到保护风电机组的作用。

请参阅图4，提供一种实施例的风电机组雷击故障监测系统，包括：检测终端120、服务器终端130以及如上述所述的防雷保护系统110，所述防雷保护系统110通过所述检测终端120与所述服务器终端130连接，所述防雷保护系统110安装于待测风电机组。

防雷保护系统110在检测到待测风电机组遭受雷击时输出电信号至检测终端120，通过检测终端120将电信号发送至服务器终端130，服务器终端130根据接收的电信号进行故障分析获得故障检测结果。

上述风电机组雷击故障监测系统，防雷保护系统110安装在待测风电机组上，用于检测待测风电机组遭受雷击的情况，即检测待测风电机组是否有遭受到雷击，在检测到待测风电机组遭受雷击时防雷保护系统110输出电信号至检测终端120，检测终端120接收电信号后将其转发至服务器终端130，由于只有在防雷保护系统110遭受雷击时才会发出电信号，从而服务器终端130在接收电信号后可进行故障分析获得故障检测结果，后续维护人员可根据故障检测结果进行有效故障排查，避免无法获知遭受雷击时发生故障使风电机组运行不稳定导致不安全的问题，提高风电机组的安全性。同时，当风电机组遭受雷击，雷击能量过大，瞬间巨大的雷电流冲击防雷保护系统110，使得防雷保护系统110的核心剧烈发热，此时防雷保护系统110的连接件气化，防雷保护系统110的核心弹出，将热量带走，避免其他器件因为高温热胀冷缩损坏。

具体地，上述检测终端120可以为任何一种可传输信息的终端，例如，可以包括但不限于通信装置和智能终端等可进行信息传输的终端，比如，检测终端120为通信装置时，在接收到防雷保护系统110发送的电信号后将其转发给服务器终端130，实现防雷保护系统110与服务器终端130之间的信息传输；检测终端120为智能终端时，在接收到发送的电信号后将其转发给服务器终端130。在其中一个示例中，检测终端120可安装于风电机组的叶片200上，进一步地，检测终端120安装于待测风电机组的叶片200。

在其中一个实施例中，防雷保护系统110安装于待测风电机组的开设有开口的叶片200的内部，开口与盲孔连通。

防雷保护系统110在遭受到雷击连接件气化后，核心失去卡持在主体上的力，在第一弹性件的作用力的推动下从盲孔弹出，盲孔与开口连通，从而核心可从盲孔和开口弹出防雷保护系统110内部和叶片200内部。防雷保护系统110遭受雷击核心弹出，致使密封盖在扭簧的推力作用下移动至开口处，可隔断盲孔与开口的连通，从而，隔断盲孔与风电机组的叶片外部的连通。进一步地，密封盖可密封开口，即防雷保护系统110的密封盖在扭簧的作用下转动封闭叶片200的开口。

防雷保护系统110在风电机组的叶片200内部，当风电机组遭受雷击，雷击能量过大，瞬间巨大的雷电流冲击防雷保护系统110，使得防雷保护系统110的核心剧烈发热，此时防雷保护系统110的卡扣气化，高温的防雷保护系统110的核心弹出脱离叶片200，将热量带走，避免叶片200因为高温热胀冷缩损坏，弹出防雷保护系统110的核心的同时，防雷保护系统110的密封盖在扭簧的作用下转动封闭叶片200的开口。

在其中一个实施例中，检测终端120的数量为至少两个，防雷保护系统110的数量为至少两个，每个检测终端120分别对应连接至少一个防雷保护系统110。

由于单个防雷保护系统110发生故障无法正常进行雷击检测时，在风电机组遭受雷击时，则防雷保护系统110无法检测到雷击即漏检，导致后续故障检测失误，给风电机组安全带来极大影响，另外，单个防雷保护系统110的检测结果可能存在偶然性。基于上述考虑，通过设置多个检测终端120以及多个防雷保护系统110，即使其中一个防雷保护系统110损坏，还可通过其他完好的防雷保护系统110进行雷击检测，避免漏检，且通过多个防雷保护系统110进行雷击检测可避免检测偶然性，可准确地检测雷击，提高后续故障检测准确性，有利于后续准确地进行故障排查，提高风电机组的安全。

进一步地，在待测风电机组的每个叶片200上各安装有至少一个检测终端120。由于每个检测终端120分别至少连接一个防雷保护系统110，如此，在每个叶片200上至少有一个防雷保护系统110，这样可通过防雷保护系统110对风电机组的每个叶片200是否遭受雷击进行检测，提高风电机组的安全性。

在其中一个实施例中，在服务器终端130根据电信号进行故障分析获得故障检测结果中，服务器终端130在接收到电信号时，进行次数记录，在记录的次数超过预设次数时，确定故障检测结果为有故障发生，发出报警信号。

即在本实施例中，服务器终端130是通过分析接收到的电信号的次数来分析是否有潜在故障存在，由于在防雷保护系统110检测到风电机组遭受雷击时核心弹出后才会发出电信号，也就是说风电机组遭受了强烈的雷击以至于核心弹出，在强烈雷击下风电机组容易发生故障，从而，根据接收的电信号的次数可知道防雷保护系统110发生核心弹出的数量，从而知道有多少个防雷保护系统110检测到了雷击，如果记录的次数超过预设次数，表示核心弹出的防雷保护系统110数量超过了预设数量，很有可能发生了故障，即确定故障检测结果为故障发生，发出报警信号，以提示维护人员，以便维护人员及时维修，确保风电机组的安全。

在其中一个实施例中，上述风电机组雷击故障监测系统，还包括移动终端，移动终端与服务器终端130连接，用于接收从服务器终端130发送的信息，信息包括报警信号。

为了便于用户(维护人员或其他人)及时了解风电机组的情况，上述风电机组雷击故障监测系统还设置有移动终端(例如，手机和掌上电脑等)，服务器终端130在根据电信号进行故障分析，即分析记录的次数是否超过预设次数，在记录的次数超过预设次数时，会发出报警信号，并将报警信号发送到移动终端，移动终端在接收到报警信号后，持有该移动终端的维护人员即可及时了解风电机组发生了故障，从而，维护人员可及时去进行风电机组的维修，既便于维护人员维修又提高了维修效率。

在其中一个实施例中，信息还包括风电机组雷击故障监测系统的运行状态信息。

状态信息包括核心弹出信息，核心弹出信息包括核心已弹出信息或核心未弹出信息。在服务器终端130接收到防雷保护系统110的电信号后，表示该防雷保护系统110对应的核心是被弹出了，服务器终端130则可根据电信号确认该防雷保护系统110的核心弹出，即可得到核心已弹出信息，若没有接收到防雷保护系统110的电信号，服务器终端130可确认该防雷保护系统110的核心没有被弹出，即可得到核心未弹出信息。

进一步地，上述运行状态信息还可包括检测终端120的运行状态信息，服务器终端130与检测终端120连接，可进行数据通信，然而，在检测终端120发生故障时无法和服务器终端130正常通信，服务器终端130可记录各检测终端120的通信情况以得到个检测终端120的运行情况，若能正常通信，则认为该检测终端120是处在正常运行状态，若不能正常通信，则认为该检测终端120是处在故障运行状态及非正常状态。服务器终端130可将各检测终端120的这些运行状态信息发送给移动终端，以便维护人员及时了解上述风电机组雷击故障监测系统的中各检测终端120的运行状态，以便后续维修。

请参阅图5，在其中一个实施例中，上述风电机组雷击故障监测系统，还包括报警终端140，检测终端120通过报警终端140与服务器终端130连接。

为了进一步为维护人员提供报警服务，让维护人员准确及时知道有发生故障，在本实施例中，还设置了报警终端140，该报警终端140可以为任何一种可传输信息以及进行报警的终端，例如，可以包括但不限于智能终端等可进行信息传输和发出报警的终端。

在其中一个实施例中，报警终端140包括第一微处理器以及分别与第一微处理器连接的第一无线自组网络通信模块和网络通信模块，报警终端140通过第一无线自组网络通信模块与检测终端120连接，通过网络通信模块与服务器终端130连接。

第一微处理器可通过第一无线自组织通信模块接收检测终端120发送的电信号，可根据从检测终端120发送的电信号发出报警信息，以提示维护人员风电机组遭受到雷击可能发生故障了，便于维护人员快速维修。另外，第一微处理器可通过网络通信模块将电信号传递给服务器终端130，让服务器终端130了解风电机组是否受雷击的情况。

在其中一个实施例中，检测终端120包括：第二微处理器以及与第二微处理器连接的第二无线自组网络通信模块，检测终端120通过输电线与防雷保护系统110连接，第二无线自组网络通信模块与服务器终端130连接。

检测终端120通过第二无线自组网络通信模块接收防雷保护系统110发出的电信号，并将电信号发送至服务器终端130，可以理解，检测终端120可通过第二无线自组网络模块与报警终端140连接，即检测终端120可通过第二无线自组网络模块以及报警终端140将电信号发送至服务器终端130。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。