一种风力发电机组防雷装置、风力发电机组及防雷方法

摘要

本发明实施例提供了一种风力发电机组防雷装置、风力发电机组及防雷方法，属于防雷装置技术领域，以确保风力发电机组的正常运行。所述风力发电机组防雷装置，包括摩擦板，所述摩擦板一端连有入端法兰，所述摩擦板另一端的下方设有与所述摩擦板做相对运动的导电盘，在所述导电盘的下方设有出端法兰；所述入端法兰由绝缘材料制成，且直接或间接地安装在轴承上使所述摩擦板与所述轴承绝缘；所述出端法兰由导电材料制成，且间接地安装在所述轴承上使所述导电盘与所述轴承绝缘。本发明可用于风力发电机组中的防雷保护。

说明书

技术领域

本发明涉及防雷装置技术领域，尤其涉及一种风力发电机组防雷装 置、风力发电机组及防雷方法。

背景技术

随着风力发电机组单机容量的增加，风轮直径的增大，风力发电 机组离地的高度也在不断增加。到目前为止，新型风力发电机组的高 度已达到甚至超过160米。由于风力发电机组通常安装在雷电多发的 高海拔地区或沿海地区，在这些地区风力发电机组属于特别突起的物体而 容易遭受雷击。为了避免风力风电机组遭受雷击而损坏，需要为风力发电机 组设置防雷装置。

在现有的防雷装置中，专利申请CN102646168和CN202811232分 别提供了用于永磁直驱风力发电机组主轴承和变桨轴承的防雷装置， 在这两种装置中，分别通过在发电机的定轴上和叶片内设有环形轨道 以及能够在环形轨道上滑动的防雷电刷来保证发电机的主轴承和变桨 轴承的正常运转。但这两种防雷装置的结构较为复杂、占用空间较大， 并且实施起来也较为繁琐。

所以，现在亟需提供一种结构简单的适用于风力发电机组各大轴 承的防雷装置。

发明内容

本发明实施例提供了一种风力发电机组防雷装置、风力发电机组 及防雷方法，以确保风力发电机组的正常运行。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种风力发电机组防雷装置，包括摩擦板，所述摩擦板一端连有 入端法兰，所述摩擦板另一端的下方设有与所述摩擦板做相对运动的 导电盘，在所述导电盘的下方设有出端法兰；

所述入端法兰由绝缘材料制成，且直接或间接地安装在轴承上使 所述摩擦板与所述轴承绝缘；所述出端法兰由导电材料制成，且间接 地安装在所述轴承上使所述导电盘与所述轴承绝缘。

进一步，所述摩擦板、所述导电盘以及所述出端法兰从上至下依 据同一轴线设置，所述摩擦板设在所述导电盘的一侧、所述出端法兰 设在所述导电盘的另一相对侧，且在所述出端法兰上设有环绕所述导 电盘的齿形突起，所述齿形突起与所述摩擦板相对并与所述摩擦板之 间具有预定间隙；

当雷电流超出所述导电盘的承载负荷时，雷电流通过所述齿形突 起击穿所述预定间隙放电而泄放至所述出端法兰上，最终泄放至大地。

可选的，所述齿形突起具有导电尖端。

其中，所述齿形突起的导电尖端与所述摩擦板之间的预定间隙为 1-3mm。

此外，所述入端法兰直接或间接地安装在轴承的内圈或外圈的一 者上，所述出端法兰间接地安装在轴承的外圈或内圈的另一者上；

当所述入端法兰旋转时，所述出端法兰保持静止；或

当所述出端法兰旋转时，所述入端法兰保持静止。

可选的，所述装置还包括设置于所述出端法兰垂直方向上的压缩 弹簧，所述压缩弹簧的一端连有所述出端法兰，所述压缩弹簧的另一 端连有弹簧座板。

其中，所述摩擦板、所述导电盘以及所述出端法兰依次设置在同 一根轴上，所述压缩弹簧套在所述轴的外部。

可选的，所述弹簧座板直接或间接地安装在所述轴承上或与所述 轴承相连的零部件上，所述弹簧座板的材料为绝缘材料。

一种风力发电机组，包括上述任一技术方案所提供的风力发电机组 防雷装置。

一种风力发电机组的防雷方法，所述风力发电机组具有上述任一技术方 案所提供的风力发电机组防雷装置，所述风力发电机组的防雷方法包括：

利用安装于风机叶片上的叶片接闪器接收雷电流，并通过引入电缆线将 雷电流引入至所述摩擦板上；

通过所述摩擦板与所述导电盘的相对旋转进而将雷电流引入至所述导电 盘上，最后通过与所述导电盘相连的所述出端法兰泄放至大地。

进一步的，当所述叶片接闪器接收到的雷电流强度超出所述导电盘的承 载负荷时，在通过所述摩擦板与所述导电盘的相对旋转将雷电流引入至所述 导电盘上的同时，所述方法还包括：

通过所述出端法兰上设有的齿形突起击穿所述齿形突起与所述摩擦 板之间的预定间隙放电，并将雷电流进而引入至所述出端法兰上，最终 泄放至大地。

本发明实施例提供了一种风力发电机组防雷装置、风力发电机组 及防雷方法，与现有的风力发电机组防雷装置相比，本发明实施例提 供的防雷装置只需将连有摩擦板的入端法兰和连有导电盘的出端法兰 均安装在轴承上，通过轴承内、外圈的相对旋转带动摩擦板和导电盘 的相对旋转摩擦就可将雷电流引至出端法兰上进行有效地泄放。该装置 结构简单，可较为便捷地应用在风力发电机组的各大轴承中对其进行保护， 确保风力发电机组的正常运行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的风力发电机组防雷装置的一种结构示 意图。

图2为本发明实施例提供的风力发电机组防雷装置的另一种结构 示意图。

图3为本发明实施例提供的风力发电机组防雷方法的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 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。

下面结合附图对本发明实施例提供的风力发电机组防雷装置、风 力发电机组及防雷方法进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的风力发电机组防雷装置的一种结构示 意图。如图1所示，本发明实施例提供了一种风力发电机组防雷装置， 包括摩擦板3，摩擦板3一端连有入端法兰1，摩擦板3另一端的下方 设有与摩擦板3做相对运动的导电盘5，在导电盘5的下方设有出端法 兰7；入端法兰1由绝缘材料制成，且直接或间接地安装在轴承上使摩 擦板3与轴承绝缘；出端法兰7由导电材料制成，且间接地安装在轴 承上使导电盘5与轴承绝缘。

在上述结构的基础上，当遇雷击时，雷电流被引入至摩擦板3上， 并通过摩擦板3与导电盘5的相对旋转进而被引入至导电盘5上，最后通过 与导电盘5相连的出端法兰7泄放至大地。

本发明实施例提供了一种风力发电机组防雷装置，与现有的风力 发电机组防雷装置相比，本发明实施例提供的防雷装置只需将连有摩 擦板3的入端法兰1和连有导电盘5的出端法兰7均安装在轴承上， 通过轴承内、外圈的相对旋转带动摩擦板3和导电盘5的相对旋转摩 擦就可将雷电流引至出端法兰7上进行有效地泄放。该装置结构简单， 可较为便捷地应用在风力发电机组的各大轴承中对其进行保护，确保风力发 电机组的正常运行。

上述实施例中摩擦板3、导电盘5以及出端法兰7从上至下依据同 一轴线设置，摩擦板3设在导电盘5的一侧、出端法兰7设在导电盘5 的另一相对侧，且在出端法兰7上设有环绕导电盘5的齿形突起6，齿 形突起6与摩擦板3相对并与摩擦板3之间具有预定间隙；当雷电流 超出导电盘5的承载负荷时，雷电流通过齿形突起6击穿预定间隙（未 示出）放电而泄放至出端法兰7上，最终通过出端法兰7上连接的引 出电缆线泄放至大地。

将摩擦板3、导电盘5以及出端法兰7从上至下依据同一轴线设置 这样的对接式结构，主要考虑到两方面，（1）使在出端法兰7上设置 的齿形突起6与摩擦板3完全的相对，这样可确保当雷电流超出导电 盘5的承载负荷时，雷电流就可通过齿形突起6击穿与摩擦板3之间 的预定间隙进行放电；（2）可使导电盘5与摩擦板3进行相对旋转摩 擦时有着较大的接触面积，可以更充分的进行接触。

其中，导电盘5的厚度可以设置的较为薄些，这样可使摩擦板3、 导电盘5以及出端法兰7组成的导电机构的结构更加紧凑，导电盘5 还可以镶嵌在出端法兰7上，这样可使导电盘5更好地被固定在出端 法兰7上，这样就可以很好地避免导电盘5在摩擦的过程中发生移动。 摩擦板3也可以设置的较为长一些，这样在摩擦板3在与导电盘5进 行摩擦的时候，可以保障摩擦板3上的摩擦材料可以使用的时间更长 一些，从而降低摩擦板3的更换频率。

在本实施例中，齿形突起6具有导电尖端。导电尖端的作用是为 了导电盘5在传导雷电流时，如若雷电流超出导电盘5的承载负荷， 导电尖端可以击穿与摩擦板3之间的预定间隙来协助导电盘5进行放 电。为了可以有效地保障导电尖端可以击穿与摩擦板3之间的预定间 隙，齿形突起6的导电尖端与摩擦板3之间的预定间隙为1-3mm。

在本实施例中，入端法兰1和出端法兰7需要连在轴承的内圈或 外圈上，其具体的连接方式为：入端法兰1直接或间接地安装在轴承 的内圈或外圈的一者上，出端法兰7间接地安装在轴承的外圈或内圈 的另一者上；当入端法兰1旋转时，出端法兰7保持静止；或当出端 法兰7旋转时，入端法兰1保持静止。

需要说明的是，“出端”和“入端”并不对法兰的使用场合进行 限定，也就是说，出端法兰7和入端法兰1可以对换使用，即“出端” 法兰可以作为入端法兰1使用，而“入端”法兰也可以作为出端法兰7 使用。

通过上述连接方式就可以带动与入端法兰1相连的摩擦板3和与 出端法兰7相连的导电盘5做相对旋转运动，即当摩擦板3旋转时， 导电盘5保持静止；或当导电盘5旋转时，摩擦板3保持静止，从而 使摩擦板3和导电盘5能够实现动态传导雷电流。其中，入端法兰1 为绝缘材料，可直接或间接地与轴承相连，以使摩擦板3与轴承绝缘； 出端法兰7为导电材料，需经由一绝缘材料的零部件与轴承间接相连， 以使导电盘5和轴承绝缘；并且，摩擦板3与入端法兰1以及绝缘材 料的零部件与出端法兰7可通过连接组件（未示出）相连。连接组件 可以为螺栓螺母连接，也可以是铆接、销轴连接等等。

在本发明的另一实施例中，如图2所示，（图2中各零部件的标 号顺序以及所代表的零部件均与图1中所代表的一致，只是在标号前 都加了2）本实施例提供的装置还包括设置于出端法兰27垂直方向上 的压缩弹簧28，压缩弹簧28的一端连有出端法兰27，压缩弹簧28的 另一端连有弹簧座板29。为了保证压缩弹簧28的压紧力恒定，可实现 摩擦板23和导电盘25的紧密接触以及压缩弹簧28在压缩时避免发生 偏移，摩擦板23、导电盘25以及出端法兰27依次设置在同一根轴上， 并将压缩弹簧28套在轴的外部。这样就可以很好地确保摩擦板23、导 电盘25和出端法兰27在垂直方向上实现紧密接触。进一步的，弹簧 座板29直接或间接地安装在轴承上或与轴承相连的零部件上，弹簧座 板29的材料为绝缘材料。弹簧座板29绝缘，可以确保弹簧座板29在 与轴承直接连接时不传导电。

需要说明的是，图2中所示的这种防雷装置可应用于风力发电机 组中的主轴承或减/增速器的主轴承中，由于上述这些主轴承在风力发 电中需要经常转动，且对防雷装置中各部件的压缩效果的要求较高， 所以在装置中通过设置压缩弹簧28可较好地保障防雷装置中各部件的 紧密接触，保证在遭遇雷击时，在上述主轴承中可以对雷电流进行有 效地泄放。图1中所示的防雷装置为图2中所示的防雷装置的简易模 式，即省略压缩弹簧28、弹簧座板29和贯穿该防雷装置中的轴。将这 样变型的防雷装置可应用在风力发电机组的偏航轴承、变桨轴承以及 在发电过程中不需要经常旋转以及压紧效果不需太高的轴承中去，从 而可以保障各个轴承在进行有效放电的同时还可以节省风力发电机组 的结构空间。

相应的，本发明提供了一种风力发电机组，包括本发明上述各实施 例提供的风力发电机组防雷装置，由于风力发电机组中安装的防雷装 置结构简单，只需将连有摩擦板3的入端法兰1和连有导电盘5的出 端法兰7均安装在轴承上，通过轴承内、外圈的相对旋转带动摩擦板3 和导电盘5的相对旋转摩擦就可将雷电流引至出端法兰7上进行有效 地泄放。将该装置用于风力发电机组中，可使风力发电机组中的各大轴承 在遭遇雷击时对雷电流进行有效地泄放，从而确保风力发电机组的正常运 行。

相应的，本发明提供了一种风力发电机组的防雷方法，该风力发电机组 具有本发明上述各实施例提供的风力发电机组防雷装置，如图3所示， 该风力发电机组的防雷方法包括：

步骤31，利用安装于风机叶片上的叶片接闪器接收雷电流，并通过引 入电缆线将雷电流引入至摩擦板3上；

步骤32，通过摩擦板3与导电盘5的相对旋转进而将雷电流引入至导 电盘5上，最后通过与导电盘5相连的出端法兰7泄放至大地。

本发明实施例提供了一种风力发电机组的防雷方法，该防雷方法是借 助该风力发电机组中安装的风力发电机组防雷装置实现的，由于该防雷 装置只需将连有摩擦板3的入端法兰1和连有导电盘5的出端法兰7均 安装在轴承上，通过轴承内、外圈的相对旋转带动摩擦板3和导电盘5 的相对旋转摩擦就可将雷电流引至出端法兰7上进行有效地泄放，因此 该装置结构简单，所以在利用该装置对各大轴承接收到的雷电流进行泄 放时，借助该装置而进行的防雷方法操作简单，实用性强。

在本实施例中，当叶片接闪器接收到的雷电流强度超出导电盘5的承载 负荷时，在步骤32，通过摩擦板3与导电盘5的相对旋转将雷电流引入至导 电盘5上的同时，该方法还包括：

步骤33，通过出端法兰7上设有的齿形突起6击穿齿形突起6与摩擦 板3之间的预定间隙放电，并将雷电流进而引入至出端法兰7上，最终 泄放至大地。

由于导电盘5的大小是根据雷电流的强度进行确定的，当突遇雷 电流过大且超过导电盘5的承载负荷时，可通过齿形突起6击穿齿形突 起6与摩擦板3之间的预定间隙来协助导电盘5放电，从而确保各大 轴承的正常运转。

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。