一种风电叶片防雷结构及风电叶片的制作方法

本发明涉及风电机组叶片雷击防护技术领域，具体涉及一种风电叶片防雷结构及风电叶片。

背景技术：

随着经济的快速发展，人们对电能的需求不断增加，风电机组的容量与风力发电的规模也随之不断扩大。由于风电机组的本体结构高耸突出，常位于旷野或者山区地带，雷击则是影响风电机组安全运行的主要因素之一，其中叶片是整个发电机组中最容易遭受雷击的组件。因此，风电机组叶片的雷击防护已成为制约风电机组可靠运行的关键问题。

中国专利文献cn102869882a公开了一种具有雷电防护系统的风力涡轮机叶片，包括叶尖、叶尖附近布置的接闪器、贯穿叶片内部的接地引线；当发生雷击时，雷击电流通过接闪器传导到接地引线并最终传导到大地实现放电通路。

上述叶片结构在发生雷击时，接地引线在雷击下行先导强电场的感应下，会有一定概率在引线周围产生感应电荷，电荷集聚会形成流柱放电。聚集在接地引线上的电荷进一步形成上行先导，与雷击下行先导形成放电通路，由于接地引线位于叶片内部，从而形成的流柱放电与雷击下行先导形成的放电通路，容易击穿叶片，大量高温雷击电弧融入击穿位置，容易导致叶片雷击损伤。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的风电叶片，在受到雷击时，接地引线在雷击下行先导电场的感应下，周围容易聚集大量电荷，聚集的大量电荷会有一定概率形成流柱放电，进一步形成上行先导，然后击穿叶片与雷击下行先导形成放电通路，导致叶片雷击损伤率高的缺陷，从而提供一种能有效避免在接地引线上起始上行先导，降低叶片的雷击损伤率的风电叶片防雷结构。

本发明还提供一种具有上述防雷结构的风电叶片。

为了解决上述技术问题，本发明提供风电叶片防雷结构，包括：

金属叶尖，设置在叶片的尖部，与所述叶片内的接地引线电连接；

金属探针，与所述金属叶尖保持间隔地设置在所述叶片上，并通过连接导线与所述金属叶尖电连接。

作为优选方案，所述金属探针具有多个，并沿所述连接导线依次设置。

作为优选方案，所述金属探针设置在所述叶片上位于靠近叶尖的1/10叶片长度的位置。

作为优选方案，多个所述金属探针在所述连接导线上均匀布置。

作为优选方案，所述金属探针与所述连接导线为一体结构。

作为优选方案，所述连接导线贴紧在所述叶片的外表面。

作为优选方案，所述金属探针在所述叶片上垂直设置，金属探针的靠近所述叶片的一端与所述连接导线电连接。

本发明提供的风电叶片，包括上述方案中任一项所述的防雷结构。

作为优选方案，所述的风电叶片，还包括：

接闪器，设于所述叶片的外表面上，并与所述接地引线电连接。

作为优选方案，所述防雷结构的金属探针设置在叶片的后缘位置。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的风电叶片防雷结构，包括设置在叶片尖部的金属叶尖和设置在叶片上的金属探针，其中金属叶尖与叶片内的接地引线电连接，金属探针与金属叶尖保持间隔距离设置，并通过连接导线与金属叶尖电连接；这样金属探针、连接导线、金属叶尖、接地引线形成放电通路，在雷击下行先导强电场作用下，更加靠近雷电的金属探针，较接地引线会更大概率的起始上行先导，与下行先导形成放电通路。从而有效地降低了接地引线周围的感应电荷形成流柱放电，进一步形成上行先导击穿叶片，能够有效保护叶片在雷击环境下的安全。

2.本发明提供的风电叶片防雷结构，金属探针具有多个，并沿连接导线依次设置，多个金属探针共同作用，有利于提高叶片的雷击防护能力。

3.本发明提供的风电叶片防雷结构，金属探针设置在叶片上位于靠近叶尖的1/10叶片长度的位置，能够减少雷击电流传导的时间，使其迅速传导到金属叶尖处。

4.本发明提供的风电叶片防雷结构，多个金属探针在所述连接导线上均匀布置，有利于雷击电流顺序分流传导，有效降低电荷聚集现象。

5.本发明提供的风电叶片防雷结构，金属探针与连接导线为一体结构，有利于雷击电流经连接导体迅速传导。

6.本发明提供的风电叶片防雷结构，连接导线贴紧在所述叶片的外表面，能够使金属探针在叶片外表面形成裸露电极。

7.本发明提供的风电叶片防雷结构，金属探针垂直设置在叶片上，金属探针的靠近叶片的一端与所述连接导线电连接，这样只有金属探针的顶端接受雷击作用，避免雷击电流对金属探针自身的损伤，从而避免影响雷击电流的传导，最终导致叶片被击穿。

8.本发明提供的风电叶片，由于具有上述方案中任一项所述的防雷结构，因此具有上述方案中任一项所述的优点。

9.本发明提供的风电叶片，还包括：设于叶片外表面上的接闪器，并与接地引线电连接，这样接地引线将金属叶尖与接闪器串联起来，形成一个完整的放电通路，雷电发生时，雷击附着点会击中接闪器，大量雷击电流可以通过接闪器传递给接地引线导入大地。

10.本发明提供的风电叶片，防雷结构的金属探针设置在叶片的后缘位置，不会破坏叶片的气动性能，通过将雷电聚集到叶片尾缘处，从而减少雷电对叶片上其他部位的击穿损伤。

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为本发明的风电叶片立体结构示意图；

图2为图1中叶尖部的放大示意图；

图3为连接导线与金属探针的主视图。

附图标记说明：

1、叶片；2、连接导线；3、金属探针；4、金属叶尖；5、接闪器；6、接地引线。

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“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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。

如图1、图2所示，本实施例提供一种风电叶片，具有防雷结构，所述防雷结构包括设置在叶片尖部的金属叶尖4以及连接金属叶尖的连接导线2和金属探针3。所述金属叶尖4设置在叶片1的尖部，并与叶片1内部的接地引线6电连接，使雷击电流可以通过金属叶尖4传导到接地引线6，从而传给大地。

所述连接导线2靠近叶尖部紧贴在叶片1的外表面的蒙皮上，并与金属叶尖4电连接，所述连接导线2从金属叶尖4的位置朝向叶片根部的方向延伸。

所述金属探针3设置在连接导线2上，并与连接导线2电连接，金属探针3具有多根，在连接导线2上均匀的分布，并垂直于叶片1的外表面。金属探针垂直布置，其自由端裸露的电极能够使金属探针3更早的与雷电接触，从而使雷电通过金属探针3朝向金属叶尖4传导，使在雷击下行先导电场的感应下，大量电荷聚集在金属探针3附近，从而大大降低上行先导时电路穿过叶片，降低叶片的雷击损伤率。

连接导线2与金属探针3为一体结构，连接导线2与金属探针3的位置位于靠近叶尖的1/10叶片长度处，并位于叶片的后缘位置，从而不会影响叶片的气动性能。通过将雷电聚集到叶片尾缘处，能够减少雷电对叶片上其他部位的击穿损伤。

本实施例的金属探针3、连接导线2、金属叶尖4和接地引线6依次连通构成的放电回路，在雷电与金属探针3接触时，金属探针3通过连接导线2将雷电迅速传导至金属叶尖4，在雷击下行先导强电场的感应下，金属探针3周围会存在感应电荷，电荷集聚会形成流柱放电，进一步会形成上行先导，从而使雷电至多只会损坏了金属探针3；这样使电荷集聚由接地引线6的周围转移到了金属探针3的周围，避免电荷集聚产生的上行先导回路击穿叶片。

如图3所示，金属探针3在连接导线2上均匀布置，金属探针的尺寸可设为：直径4mm，高度为50mm，间距为500mm；连接导线2的尺寸可设为：直径4mm，长度为叶片半径的1/10。另外，金属探针和连接导线2形式及尺寸还可以是其他常规形式及尺寸，其他尺寸均在本专利的保护范围内。

如图1、图2所示，本实施例风电叶片的防雷结构，还可以包括：接闪器5，接闪器5设在靠近金属叶尖4处的叶片1的外表面上，与风电叶片内部的接地引线6组成的另一个放电通路；雷电发生时，雷电击中接闪器后，大量雷击电流可以通过接闪器传递给接地引线导入大地。本实施例提供的风电叶片的防雷结构，由于与现有的装机叶片的其他设施不冲突，因此可以针对现有装机风电叶片进行雷击改造，且安装施工简单方便。

工作原理：

金属探针3、连接导线2、金属叶尖4与接地引线6形成一个放电通路，过程是：在雷电发生时，雷击附着点会首先击中金属探针3，使雷击电流由金属探针3经连接导线2传导到金属叶尖4上，再由金属叶尖4将雷击电流经接地引线6传给大地，形成放电通路。以上是雷击电流放电的一个理想回路，实际情况是，金属探针3-在雷击下行先导强电场的感应下，金属探针3周围会存在感应电荷，电荷集聚会形成流柱放电，进一步会形成上行先导，从而雷电至多只损坏金属探针；这样使电荷集聚由接地引线6的周围转移到了金属探针3的周围，降低电荷集聚产生的上行先导回路击穿叶片的概率。

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。