羅氏線圈型雷擊電流采集器在風(fēng)電系統(tǒng)的應(yīng)用
- 分類:技術(shù)動(dòng)態(tài)
- 作者:XHDZ
- 來(lái)源:江陰市星火電子科技有限公司
- 發(fā)布時(shí)間:2024-03-29
- 訪問(wèn)量:0
【概要描述】
羅氏線圈型雷擊電流采集器在風(fēng)電系統(tǒng)的應(yīng)用
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(江陰市星火電子科技有限公司,江蘇省江陰市 214400 )
摘要:風(fēng)力發(fā)電機(jī)多處于高原、高山、海邊等雷擊多發(fā)區(qū),因其自身特點(diǎn),遭受雷擊的概率較大。隨著發(fā)電功率的增加、風(fēng)電裝機(jī)總量的快速增長(zhǎng),雷擊對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)造成的損失不容忽視。風(fēng)電雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)專門(mén)針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì),能準(zhǔn)確地掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)遭受雷擊的時(shí)間、次數(shù)、幅值等,為該區(qū)域進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)或改造、保險(xiǎn)理賠等提供依據(jù)。
風(fēng)電雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輪轂及塔基內(nèi)部或外部,能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)到風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、塔基遭受雷擊時(shí)的雷電流信息。
關(guān)鍵字:羅氏線圈 雷電流采集器 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
0 引言
雷電是自然界中的一種放電現(xiàn)象。
雷電放電和一般電容器放電本質(zhì)相同,所不同只是這個(gè)電容器兩塊極板,并不是人為制造的,而是自然形成的。兩塊極板有時(shí)是兩塊云塊,有時(shí)一塊是云塊、另一塊則是大地或地面上凸出的建筑物。并且這兩塊極板間的距離比電容器大得多,有時(shí)可達(dá)數(shù)公里。因此,可以說(shuō)雷電是一種特殊的電容器放電現(xiàn)象。
大氣中的飽和水蒸汽,由于氣候的變化,發(fā)生上升或下降的對(duì)流,在對(duì)流過(guò)程中由于強(qiáng)烈的摩擦和碰撞,水蒸汽凝結(jié)成的水滴就被壓分解成帶有正負(fù)電荷的小水滴,大量的水滴聚積成帶有不同電荷的雷云。隨著電荷的積聚,雷云的電位逐漸升高。當(dāng)帶有不同電荷的兩塊雷云接近到一定程度時(shí),兩塊雷云間的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到25-30kV/cm時(shí),其間的空氣絕緣被擊穿,引起兩塊雷云間的擊穿放電;當(dāng)帶電荷的云塊接近地面時(shí),由于靜電感應(yīng),使大地感應(yīng)出與雷云極性相反的電荷,當(dāng)帶電云塊對(duì)地電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到25-30kV/cm時(shí),周圍空氣絕緣被擊穿,雷云對(duì)大地發(fā)生擊穿放電。放電時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)烈耀眼的弧光,就是我們平時(shí)看到的閃電,閃電通道中大量的正負(fù)電荷瞬間中和,造成的雷電流高達(dá)數(shù)百千安,這一過(guò)程稱為主放電,主放電時(shí)間僅有μs級(jí),放電波陡度高達(dá)50KA/μs 。
雷電放電過(guò)程中,可能呈現(xiàn)出靜電效應(yīng)、電磁效應(yīng)、熱效應(yīng)及機(jī)械效應(yīng),對(duì)建筑物或電氣設(shè)備造成危害;雷電流泄入大地時(shí),在地面產(chǎn)生很高的沖擊電流可達(dá)幾十至幾百千安,使電氣設(shè)備絕緣擊穿,引起火災(zāi)或爆炸,造成設(shè)備損壞。
1 羅氏線圈型雷電流采集器的基本原理和簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)
1.1 羅氏線圈基本原理
羅氏線圈不含鐵磁性材料,故沒(méi)有飽和現(xiàn)象,且頻率范圍寬,響應(yīng)速度快,所以能夠測(cè)量數(shù)千A到數(shù)十萬(wàn)A的大電流而不飽和,同時(shí)線圈的重量輕,柔韌性適合任何形狀電極下安裝,經(jīng)過(guò)積分變送處理后幾乎沒(méi)有相位誤差影響,同時(shí)也沒(méi)有像普通互感器那要存在二次開(kāi)路的危險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn),根據(jù)這些特點(diǎn),我們結(jié)合雷擊電流產(chǎn)生的特性,從而設(shè)計(jì)了具有能夠快速的捕捉到雷電信息的產(chǎn)品,保證雷電流的大小,波形,時(shí)間等能夠?qū)崟r(shí)的反饋給用戶,從而為以后的設(shè)計(jì)做好預(yù)案。
1.2 羅氏線圈簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)
羅氏線圈由于它具有柔韌性,可以定做到任意長(zhǎng)度的線圈,所以在安裝上可以形式多樣且不占用空間,所以非常適用各種復(fù)雜空曠的裝配。
羅氏線圈固定在支架上,再用扎帶將羅氏線圈線纜固定好。
1.3 雷電流采集器的基本原理
雷電流采集器采用FPGA芯片作為核心處理器,ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換部分使用單獨(dú)的高達(dá)5MHz采樣率的ADC芯片作為采樣單元,后續(xù)處理和轉(zhuǎn)換使用高速的單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算和相關(guān)數(shù)據(jù)的輸出。該產(chǎn)品能夠記錄500個(gè)雷電流的各種參數(shù),包括雷擊次數(shù)、發(fā)生時(shí)間,峰值,極性,雷擊波形等。該產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口,能夠很好的與各種設(shè)備之間進(jìn)行通訊連接。
1.4 雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)遭受雷擊的雷電流信息,該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由雷電流傳感器、雷電流采集器、中控屏、電源模塊及報(bào)警繼電器等組成。監(jiān)測(cè)信息可在觸摸屏上查看或系統(tǒng)無(wú)線傳出相關(guān)數(shù)據(jù)。
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架圖
2 羅氏線圈型雷電流采集器的幾種采集實(shí)現(xiàn)方式
2.1 葉片式雷電流采集方式
葉片在整個(gè)風(fēng)機(jī)中屬于裝配在最高的位置,極易遭受雷暴的襲擊,長(zhǎng)時(shí)間雷擊不僅對(duì)葉片的使用壽命有一定的影響,還會(huì)通過(guò)葉片的傳導(dǎo)從而容易導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的癱瘓或損壞,我們根據(jù)這種情況,從而設(shè)計(jì)了對(duì)三個(gè)葉片進(jìn)行全方位的監(jiān)控,把監(jiān)測(cè)到的雷電信息及時(shí)的傳送到監(jiān)控室,讓相關(guān)維護(hù)人員能夠準(zhǔn)確的判斷到準(zhǔn)確位置。
2.2 塔式雷電流采集方式
被雷電擊中,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就成為雷電泄放的通道。從附著點(diǎn)到大地,雷電流將流過(guò)任何阻抗最低的路徑泄放入地。因此,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的入地引下線就布置在塔基的四個(gè)面,從而可以通過(guò)在塔基的四個(gè)面裝上羅氏線圈來(lái)監(jiān)測(cè)雷電流數(shù)據(jù)。
3 結(jié)論
雷電能量巨大,雷擊方式復(fù)雜,且高原地區(qū)、海上地區(qū)雷擊頻繁,風(fēng)機(jī)高度較高,遭受雷擊的概率較大,要阻止設(shè)備毀壞,只能迅速將雷電引到地下。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的雷電進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和監(jiān)測(cè),能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)遭雷擊的過(guò)程開(kāi)展分析,從而可以對(duì)以后風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝方面給出具體防雷措施。
參考文獻(xiàn):
1、《IEC62305 雷電防護(hù)》
2、《IEC61400-24 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)防雷保護(hù)》
3、《GL指導(dǎo)文件 IV-1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)》風(fēng)力發(fā)電防雷設(shè)計(jì)方案
4、陳偉球、顏云、杜尊峰.海上風(fēng)電事故分析及風(fēng)險(xiǎn)防范 上海人民出版社
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