风力发电机全覆盖避雷器的设计

蔺吉顺，包文育，刘东华

(内蒙古民族大学 机械工程学院，内蒙古 通辽 028000)

风力发电机全覆盖避雷器的设计

蔺吉顺，包文育，刘东华

(内蒙古民族大学 机械工程学院，内蒙古 通辽 028000)

为解决风力发电机可靠性较差、风阻大的问题，研制了一种不改变叶片的形状且覆盖面较大、安全可靠的避雷装置。此风力发电机全覆盖避雷器安装在叶片里面且在叶片尖端伸出避雷导线，而各叶片的尖部之间拉有避雷拉线，且避雷拉线与安装在叶片里的避雷导线相连，进而使避雷器的覆盖面增大，安全性显著提升，大幅度提高了风轮的捕风效率，产生良好的效果。

风力发电机；避雷器；导风板； 设计

0 引言

风力发电机由叶片、转子和定子等部件构成，安装在高架上面，在风力的带动下转动而发电[1-3]。由于风力发电机处于野外高空运行，避雷装置非常重要。现有的避雷装置是将导线通过叶片与杆塔内的接地导线转动连接。由于叶片的长度达40 m～55 m，两个叶片的尖端距离达80 m～110 m，仅靠现有叶片尖端的导线，其可靠性较差。如果把导线安装在叶片的外面，可靠性较高，但风阻较大，影响叶片的性能[4-6]。因此，研究出一种不改变叶片的形状，且覆盖面较大，安全可靠的避雷装置具有一定的实际意义和应用价值。1 设计思路

本设计的目的是提供一种不改变现有叶片结构，且可完全覆盖风力发电机的整体，避雷效果更好，更加安全可靠的风力发电机全覆盖避雷器。此目的是由以下技术方案实现的：研制一种风力发电机全覆盖避雷器，包括安装在叶片里面且在叶片尖端伸出的避雷导线。其特点是：所述各叶片的尖部之间拉有避雷拉线，避雷拉线与安装在叶片中的避雷导线相连且避雷拉线连接在相邻叶片尖端的避雷导线上。避雷拉线上安装有导风板，导风板的截面为机翼形，即一侧为平面侧，另一侧为凸面侧，导风板与气流摩擦而产生的升力方向与叶片与气流摩擦产生的升力方向相一致。本设计的有益效果是：避雷器的覆盖面大，没有死角，不改变现有风力发电机叶片的结构，其安全性得到显著提升，特别是在避雷拉线上安装导风板，可大幅提高风轮的捕风效率，产生良好的效果。

2 设计基本方法和步骤

本设计总的构思是在风力发电机的各叶片之间增设避雷拉线。下面围绕这一构思介绍两种实施例。

(1) 图1为第一种实施例的风力发电机结构示意图。该风力发电机也是由杆塔、转子、定子、叶片等部件构成，叶片里面安装有避雷导线，避雷导线的尖端露在叶片的尖端以外。其特点是：各叶片的尖部之间拉有避雷拉线，避雷拉线与安装在叶片中的避雷导线相连。所述的叶片尖部包括叶片尖端之前的一段，这种避雷拉线可能是要穿过叶片的外皮再与里面的避雷导线相接。为了保持叶片的完整性，避雷拉线最好连接在相邻叶片尖端的避雷导线上。显然，这种避雷器与原来相比，覆盖面明显增加，可以更好地保护整个风力发电机免受雷电的破坏。

(2) 图2为第二种实施例的风力发电机主视图。避雷拉线上安装有导风板，导风板的截面是与叶片中部的断面相似的“机翼形”，即一侧为比较平直的平面侧，另一侧为弧形的凸面侧。与叶片的捕风原理一样，当气流擦过导风板时，平面侧的气流流速较慢，而凸面侧的气流流速较快，平面侧所受的风压大于凸面侧的风压，由此产生向凸面侧方向的升力。图3为导风板的结构示意图。

这里，导风板的平面侧与凸面侧之间的顺序与叶片相同，即产生的升力方向也是一致的，这种等于加大了叶片的转矩，不仅可以抵消增加拉线对风机转动的负面影响，而且还会增加风机的转动性能，提高工作效率。

1- 杆塔；2-转子；3-定子；4-叶片；5-避雷导线；6-避雷拉线

1-杆塔；2-叶片；3-避雷拉线；4-导风板

3 结论

本文设计了一种风力机械，即一种风力发电机全覆盖避雷器，其避雷导线安装在叶片里面且在叶片尖端伸出，并在各叶片的尖部之间拉有避雷拉线，避雷拉线安装导风板。本设计的有益效果是：避雷器的覆盖面大，没有死角；不改变现有风力发电机叶片的结构，安全性显著提升；特别是在避雷拉线上安装导风板，可大幅提高风轮的捕风效率，安全性显著提高。

1-避雷拉线；2-导风板；3-凸面侧；4-平面侧

[1] 刘伟亮.锥形永磁同步风力发电机的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2012：1-17.

[2] 郭旭东.离网型双馈风力发电系统控制策略研究[D].长沙：中南大学,2013：2-7.

[3] 葛俊旭.兆瓦级垂直轴风力发电机组的关键技术研究[D].杭州：浙江大学,2010：12-21.

[4] 李凡，施围.线路避雷器的设计及试验[J].电网技术,2004，28(4)：38-42.

[5] 段庆成,陈忠祥,陈鸿飞,等.加装线路避雷器方案的设计[J].电磁避雷器,2002(6)：23-29.

[6] 王兰义，赵冬一，胡淑慧，等.线路避雷器的研究进展[J].电磁避雷器,2011(1)：26-34.

Design of Full-coverage Lightning Arrester for Windpower Generator

LIN Ji-shun， BAO Wen-yu， LIU Dong-hua

(School of Mechanical Engineering, Inner Mongolia University for the Nationalities, Tongliao 028000, China)

In order to solve the problem of low reliability and strong ventilative resistance of wind-driven generator, a new lightning arrester is designed to improve the coverage and reliability by installing wires inside every vane which will stretch out to the tips of the vanes. On top of each vane, there is a stayguy. The wires and the stayguys are connected. Consequently, wider coverage, higher safety and more efficient wind-catching power will produce a better effect all together.

windpower generator; lightning arrester; wind board; design

1672- 6413(2015)06- 0133- 02

国家863计划基金资助项目(2012AA0758)

2015- 06- 09；

2015- 10- 28

蔺吉顺(1980-)，男，吉林蛟河人，讲师，硕士，主要研究方向为电工电子技术、计算机图形学与虚拟现实技术等。

TK83

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