关于叶片尖部容易遭受雷击的探讨

发布日期:2016.07.11

根据对叶片雷击损伤事故的统计,雷击最容易发生在叶片的尖部。如果能够有效的解决叶尖雷击的问题,那么叶片的防雷问题可以得到很大的改善。

结合风机的运行环境、叶片结构和大量的雷击试验,可能有以下因素会造成叶尖的雷击:

1)风轮叶片的位置

风力发电机组所在地的地势比较高,叶片尖部更是风机运行中的最高位置,因此叶片尖部是最容易遭受雷击的部位。

2)叶片结构及引下线布置

叶片引下线布置在叶片内腔,它的位置和叶片壳体的绝缘性能都能影响到叶片表面的电场分布。叶片壳体绝缘性能下降,会造成雷电到引下线的击穿电压变小,使雷电越来越容易击穿叶片表面,直接击中到引下线。

从叶片根部向叶片尖部,叶片截面变得越来越小,这样,引下线到叶片表面的距离也越来越短,两者之间的击穿电压也变的越来越小了。

叶片引下线在未到达叶片尖部时,一般会布置在腹板的中心位置,该位置距离叶片外表面都是空间最远。从结构上来看,叶片腹板会在距离叶片尖部1-3米的位置截止,引下线到达叶片尖部时,可能会直接布置到壳体上,这就减小了导线与壳体外表面的距离,从而使引下线与贴合侧壳体的击穿电压变小。

从叶片结构设计来看,从叶片根部到尖部,叶片载荷逐渐变小,从结构上来讲,叶片尖部可以使用相对少的力学结构材料。因此,叶片尖部使用的玻纤和芯材同叶片根部相比,都越来越薄。从叶片形状上来看,叶片尖部是空间最小的地方,也不能够容纳较厚的材料。玻璃纤维和芯材都具有一定的电绝缘特性,材料变薄,也意味着绝缘性能的相对下降。叶片在雷击时可能处于旋转状态,雷电可能在接闪器附近发生表面闪络,如果闪络路径上叶片壳体存在绝缘上的薄弱环节,就有可能造成叶片的击穿。

3)环境因素的影响

闪电发生时,经常伴随着雷雨天气,叶片表面被水膜覆盖,容易形成连续的导电层,这种情况下叶片表面的闪络电压的下降非常严重。叶片尖部设计有排水孔,在运行过程中,叶尖内腔的水会通过叶尖的排水孔甩出,因此叶尖内腔也处于一个相对潮湿的环境。

随着机组的运行,叶片表面容易附着污染物。另外,叶片在运行时,尖部的线速度最快,也最容易形成表面磨损,更容易在叶片表面附着污浊。叶片表面的污浊,会进一步增强该区域的导电能力。

从形状上来看,叶片后缘是一个尖形的状态,结合潮湿状态和表面污染,就容易形成电场畸变,从而让雷电更容易在这个位置发生。

4)叶尖配重金属体的影响

通常在叶片的尖部都有一个配重盒,如果三支叶片的力矩不平衡,可以通过在里面填加配重的方式来保证平衡。

配重多采用金属材料,比如铅、铁等密度较大的材料。如果采用了类似的金属部件,就容易对该区域的电场产生影响。

 

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