风力发电机桨叶避雷线断线在线监测方法研究

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我国风电机组的装机容量近年来迅速增加,风机高度与桨叶长度增大的同时增大了风机遭受雷击的概率。风机桨叶叶尖处安装接闪器与桨叶内部铺设的35mm~2的铜导线相连构成风机避雷系统,但由于桨叶表面张力的作用及雷电流的冲刷会导致避雷线出现断线故障。此时风机接闪成功后在桨叶断线位置处会出现燃弧现象,产生高温,轻则导致叶片变形开裂,重则导致叶片炸裂,造成巨大的经济损失,威胁到生产系统的安全运行。当下的风机桨叶避雷线的断线检测是每年定期进行一次,该方式不仅会造成巨大的检测成本和停机损失,还有可能由于检测过程时效性差的问题而导致生产事故的发生。因此如何对风机桨叶避雷线实现高效率、低延迟、低成本的断线检测对于大型风电机组有极为重要的研究意义。本文提出了一种风力发电机桨叶避雷线的断线测试系统,相较于传统的断线检测系统,本系统具有在线监测、检测效率高、时效性强的优点。该系统主要有单线电能传输系统、RFID系统、4G无线通讯系统、GPS系统和云服务平台构成。单线电能传输系统由两个特斯拉线圈与桨叶避雷线所构成,特斯拉线圈分别布置在叶根与叶尖的位置,以平面螺旋线圈的形式安装于桨叶上,于桨叶叶尖处设置RFID系统的电子标签,标签与叶尖处的特斯拉线圈相连,通过单线电能传输系统为电子标签供电。RFID系统的阅读器安装于风机塔筒处(或轮毂内),与4G系统和GPS系统相连。电子标签将检测结果传输至阅读器,当阅读器接收到信息后,通过检测不同信号通道的接收情况判断桨叶避雷线断线情况,并通过GPS系统获取风机所在位置经纬度等信息,而后将检测结果及经纬度信息进行整合,通过4G系统上传至云服务器,上位机通过访问云服务器获取断线检测结果,以此实现风机桨叶避雷线断线在线监测。本文主要对单线电能传输系统研究了影响其传输效率的相关因素并进行实验,对于RFID系统的传输距离进行研究,对电子标签进行了编程;对GPS系统的定位效果进行测试,对4G系统的通讯方式进行了研究,使上位机可以通过访问云服务器获取桨叶避雷线断线检测结果及故障风机所在位置。经实验验证,单线电能传输系统在传输距离为70m的情况下可输出较高电压,驱动叶尖处的电子标签。电子标签可实现信号的远距离传输,可以将检测结果传输至塔筒处或轮毂处,GPS系统可实现风机位置的准确定位,通过4G系统可实现检测结果的上传,在云服务平台可显示检测结果及故障风机位置,检测准确性高,检测时效性强,可适用于新建风电机组和老旧风电机组的改造。
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