风电叶片的雷击损坏维修及防雷改造
庄严
全国风力机械标准化技术委员会IEC TC88/SAC TC50
前言：随着风电整机出质保的比例不断增加，机组、叶片因雷损失的比例也不断扩大。2014年业主统计发下按有200余只叶片损坏，其中因雷损失比例高达80%。造成目前叶片因雷损失比例增高的主要原因是叶片防雷设计基本没有进行雷击设计验证、叶片防雷系统有效接闪率低、接闪器设计冗余不足导致的。本文将对叶片的因雷损失进行分析，并提出一种针对既有叶片的防雷改造方案。
关键词：叶片防雷有效接闪率雷击导流器
1.叶片防雷系统的缺陷
叶片防雷是一个近年逐渐被提及的问题，早期对于叶片厂、业主而言很少会提及叶片的防雷问题，主要原因在于装机总量低，因雷导致的叶片损坏比例小。而随着全国装机总量的不断突破，装机密度的不断增加，雷电灾害引起的防雷问题，逐渐得到了业主、叶片厂和行业的重视。早期的叶片主要被国外企业所控制，对于国外企业的叶片防雷系统设计耐受水平较低，并不适用与高雷暴活动区域。主要原因在于：以欧洲为代表的叶片制造企业所处的为主均泉流雷电活动较低的地区，年均雷暴活动密度不足每平方公里5个闪电（地闪），这个数据从德国和丹麦多年雷击统计可以发现，在德国和丹麦多年统计的雷击数据总量不如我国一年发生雷击总量；在这种气候条件背景下，
国外的叶片防雷设计一直处于较低的耐受水平。而对于国内，我国多数地区属于强雷暴活动区域，加之装机密度高，单位区域的雷电活动比例远远高于国外，因此，采用较低防雷耐受水平的产品在国内必然会出现水土不服的问题，叶片因雷损坏率高就说明了这个问题。
其次，从技术从面上看，早期的叶片防雷系统并没有进行防雷系统的实验验证。无法从叶片的出厂报告中获知叶片防雷系统的有效接闪率是多少,叶片可耐受的超值雷电流峰值是多少。任何应用于风电行业的产品都是经过试验验证的，而最为重要部件的叶片防雷系统却很少听到有那个厂家做过叶片的雷击试验验证。这就导致了行业中叶片防雷系统有效接闪率低下、防雷系统无效的现状。
第三，作为叶片防雷系统中最为重要的接闪器、引下线均没有做过任何电流载荷测试。在一个标称为可耐受首次雷击200KA的叶片上我们发现，在通过40KA雷电流的时候接铝合金闪器就已经出现了严重金属升华，造成叶片表面蒙皮因高温造成开裂及损伤。
2.叶片雷击损伤的特点
风电叶片根据其损伤的特点可以分为机械性损伤与电气性损伤两种，而机械性损伤又可以根据损伤程度的不同分为功能性损伤和可修复性损伤；电气性损伤可以分为功能性损伤和可修复性损伤。以下我们进行详细的阐述。
首先，机械性损伤是指叶片因雷电接闪造成了叶片表面及结构发生机械性的损坏，如：叶尖炸开、蒙皮开裂、叶片断裂等问题，那么根据损伤的严重程度，严重的叶片炸裂（断裂）就属于功能性损伤是不具有修复性的，而类似于蒙皮开裂、轻度的由于引下线电磁力导致的叶尖开裂则属于可修复性的损伤。械性损伤中还有很大一部分属于可修复的热效应损伤，例如叶片表面的雷击孔、条状蒙皮开裂
图1表面雷击孔及蒙皮开裂
图2由于引下线电磁力引起的叶片开裂
图3雷击孔
其次，叶片的电气性损伤与机械性损伤不同。电气性损伤有些情况是很难去修复的，例如在叶尖部分的导线熔断问题；电气性损伤主要指接闪器无法耐受超值电流，导致接闪器严重损坏结合叶片镶嵌未至发生开裂、高温膨胀等问题，；因此对于叶片的电气性损伤主要数以工艺材料问题。
3叶片的接闪原理与改造
叶片的接闪主要是由于在高电场条件下，地表任何物体表面都存在静电电荷，晴天条件下大气电场强度为120V/m,在雷雨发生前的电器电场强度为3.4Kv/m.风力发电机组表面及叶片表面都会存在静电电荷。当大气电场强度不断变化时，由于叶片属于非金属物体，在晴天条件下叶片表面只有很少的静电电荷。叶片作为一种空腔结构，在晴天时属于非导体空腔，腔内引下线表面附着有静电电荷；当下雨打雷时叶片表面受到水膜作用实质变性为导体空腔，受到高电场作用，叶片内部的引下线会产生大量的感应正电电荷，在静电平衡的作用下，叶片内部底层带等电量的负电荷，在叶片表面水膜层带等量正电荷，在水膜运行的作用下电荷从叶根向叶尖流动。由于叶片表面的电荷量的增加，在叶片表面和叶尖接闪器（全金属叶尖接闪器）上都会形成上行先导，上行先导的数量由叶片所处电场强度决定。当叶片表面形成的上行先导与雷雨云形成的下行先导贯通时，形成接闪通道。
图4叶片表面上行先导分布
3.1叶片表面接闪通道的选择性
在雷雨时叶片整体变形为导电腔体，叶片表面受到叶片内部引下线感应的同步等量的电荷，在水膜作用下流动，在单位面积内形成与叶片引下线及人工定位放电装置相同的上行先导，这时叶片上行先导与雷云下行先导之间会存在击穿选择性。
雷电先导（如图5）在击穿空气时会选择阻抗更低的通道继续下行，其击穿空气传导的速度为20-50m/us。按照其最快的传导50m/us 的速度计算，下行先导与上行先导在最短击距350m的时间约为6us，考虑到无法判定叶片在接闪瞬间时是处于脱网、满发或其它运行工况，因此假定在17转/min的满发工况条件下，来计算叶片在5-6us时间的行进弧度。同时，由于叶片的长度不同，在相同时间内叶片行进弧度同样也会存在差异，因此，我们以叶片人工定位放电装置所形成的先导为主要的参考量（叶片人工定位放电装置按照5cm直径考虑）。
假定在雷雨时，叶片表面及人工定位放电装置存在多个上行先导，且人工定位放电装置上的上行先导1与雷云下行先导在第1us时存在导通趋势。在第6us雷云下行先导与上行先导将导通时，由于此时叶片已经发生偏转，人工定位放电装置上的上行先导1也随之发生位移（如图5），此时可能是叶片表面的上行先导2反而处于优势位置，最终叶片表面的上行先导2与雷云下行先导贯通，形成主放电通道，人工定位放电装置反而并未有效接闪如图6的实验室的试验也表明了这种情况发生的可能。
图5上行先导、下行先导与雷电传导速度
图6叶片运行5-6us的行程
3.2叶片的防雷改造
以上我们了解到，叶片的有效接闪率较低的一个重要原因在于叶片表面可以提供接地通道的上行先导数量较少，更多的上行先导是基于叶片表面触发生成的，而叶片接闪器所形成的上行先导不具有绝对优势，因此，造成接闪器所形成的上行先导有效导通率低下，造成叶
片的损坏率提高。在国外，我们很成功的将应用于航空领域的雷电分流器引入风电行业。应用于航空领域的雷电分流器组要原理是在飞机表面（玻璃钢结构）形成上行先导，用于引导雷电附着点，将雷电流定向的引至泄放点或接地点。
图7飞机导流罩的雷电分流器
图8遭受雷击的雷电分流器
应用于风电的雷电分流器是在航空产品的基础上进行升级改造的全新一代产品，这种结构机械镶嵌结构与国内普通表面粘贴导体的结构相比，具有更稳定的表面风蚀、雨蚀及更强的抗盐雾性能。通过对多个项目的应用于改造均取得了良好的使用效果。
图9雷电导流条
雷电导流条的工作原理是基于高频电流的集肤效应，雷电流属于高频电流的范畴；在正常工况下，叶片表面导流条行程上行先导并成功导通后，雷电流会沿导流条表面导体传导至接闪器位置并击穿放电，在实验室验证证明该产品可以有效通过230KA，10MJ的能量冲击。
图10工作原理
在工程改造方面，雷电导流条具有的简单、低成本的改造方案赢得了用户的亲睐，我们成功的在国内的多个高雷暴活动区的机组上成功安装并运行。雷电导流条的应用在提高叶片的有效接闪率的同时压缩了叶片因雷的损失比例，保障了机组在雷雨季节的安全运行。
图11导流条的安装
图12导流条的安装
图13导流条的安装
风电机组的防雷保护分析 摘要：近年来我国风电厂建设规模提升较快，风电厂的安全运行对于风电能源 的使用具有直接影响。本文从风电机组雷击破坏原理和具体形式分析入手，探讨 了风电机组防雷保护的原则与具体措施。 关键字：风电机组，防雷保护 1 引言 现阶段开发技术最先进，开发规模最大的可再生能源是风能，风电能源已经 成为我国新能源产业中不可缺少的组成部分。我国风电机组的装机容量逐年提升，大直径叶轮建设规模不断提升，同时能够在复杂环境中应用的风电机组研制速度 加快，使得我国风电机组在海上、高原、丘陵及平原地带广泛建设。雷电释放过 程会对风电机组造成巨大的损害，其中包括叶片损坏、控制元器件损毁、绝缘击 穿等。分析风电机组的防雷保护，对于保证风电机组在雷雨天气时的正常运行， 提升风电机组的安全运行效率具有重要意义。 2 雷电对于风电机组的破坏原理 雷电是带电荷雷云与大地之间的强烈放电现象，而雷电对于风电机组的破坏，可理解为带电雷云和风电机组之间的放电现象。分析风电机组的防雷保护，最重 要的是科学判断雷击放电过程中的雷电参数和电流波形，与风电机组破坏关系最 密切的包括峰值电流和电流陡度等。 统计雷电破坏对于风电机组的影响，主要表现为以下4种形式，首先是设备 直接遭雷击而造成损坏，其次是雷电产生的能量沿着设备中的信号线或电源线侵 入内部，导致元器件损坏，再次是接地设备在雷击时遭遇瞬时高电压而损坏，最 后由于设备的安装不当，容易受到雷击电场或磁场的影响，导致元器件灵敏度失调。 （1）峰值电流。当雷击电流经过风电机组时，会导致风电机组温度急剧上升，内部元器件容易在热效应的作用下损坏。进一步分析热效应强度，主要是与雷电 释放的能量大小有关，这其中最核心的参数就是峰值电流。与此同时，当雷电能 量流经风电机组时，会产生较大的电磁力，部分情况下会导致叶片等弯曲断裂。 （2）电流陡度。风电机组在遭受雷击的过程中经常会造成控制系统或电子器件损坏，其主要原因是存在感应过电压。感应过电压与雷电流的陡度密切相关， 雷电流陡度越大，感应电压就越高。 3 风电机组的防雷保护原则 在风电机组的防雷保护设计中，应遵循以下4个原则，首先，保证设计的方 法与当今的主流设备相适应，其次，在防雷设计中应充分考虑投资的合理性，兼 顾经济性，再次，防雷设计应具备较长的使用寿命，最后，尽可能的遵循国际标 准和规范，方便系统的后期维护。 现阶段进行风电机组防雷保护所依据的最根本原则是弗兰克林避雷法，即充 分发挥避雷设备的特性，引发雷电场的激烈，将雷电引到防雷设备中，达到保护 风电机组的目的。在实际应用中，可在叶片的内部和机舱的顶部安装导体装置， 并通过主轴、齿轮、机身等设备，将雷电传到大地，释放雷电能量。与此同时为 尽可能的降低电磁感应干扰影响，需在保护空间内部增装屏蔽设备和sdp保护设备，并在大尺寸金属件交接部位进行等电位连接。 不同风电机组所处的环境相差较大，应在防雷设计中深入研究所在地的地理
风电叶片监控系统解决方案
为什么要对叶片进行状态监测? ?叶片是风机中受压最大的部件之一 -面临着极端的外部条件，而且动态载荷大。 ?叶片更换费用非常昂贵 ?在极端损坏情况下，风机必须立刻停机减少直接或二次损害。 ?如果能提早发现损伤，叶片可以很好地被修复。 ?目前，主要检测手段是视觉，但这种方法时间间隔长，非实时，且花费巨大。 →完全不适用于海上风机 ?状态监测系统的两大功能 -提高可利用小时数 ?覆冰检测 ?静态和动态载荷评估 -叶片损伤检测 ?雷击检测 ?叶片内部和外部损伤
损伤检测 ?更早检测到叶片的损伤 →降低维修成本 ?严重损伤给出自动停机信号→安全操作，避免灾难?经过DNV GL认证 →得到官方认可 覆冰检测 ?精确检测叶片覆冰 →安全操作 ?自动重启 →可获得更高收益 ?经过DNV GL认证 →得到官方认可 改善运营 ?检测动态不平衡 →提高收益 →降低载荷 ?动态载荷配准 →预防过载 ?显著的运行状态检测 →避免额外支出
覆冰检测DNV-GL证书/ 叶片状态监测系统DNV-GL 证书 ?BLADE control?覆冰检测，2008年获得了DNV-GL 的认证。 ?含自动启机功能的认证 ?BLADE control?在2013年获得了首个风机叶片状态监测 系统的GL认证。
BLADEcontrol?检测的叶片故障类型 ?气动表面壳体损伤 -裂痕和分层，尤其是前缘和尾缘 -雷击导致的叶尖开裂 ?结构支撑件的损伤（致命） -腹板分层或断裂 -梁/ 翼梁分层或断裂 -叶片轴承损伤 腹板 翼梁 气动表面 前缘 尾缘 ?松动部件 -叶片内 -轮毂内 -叶片外部 （防损保护层，扰流器）?气动不平衡 -变桨偏差 -变桨传感器故障
龙源电力集团股份有限公司风电企业防止风电机组严重损坏专项措施 一、防止火灾措施 1.禁止风电机组机舱内壁粘贴海绵。对降噪或保温等有特殊要求的机组，机舱内所使用的降噪或保温材料必须采用阻燃材料。 2.机组检修工作结束后，应做到工完、料净、场地清，控制柜、机舱内部及塔筒平台处不得留有工具、废弃的备件、易耗品等杂物。 3.对风电机组机舱内及塔筒各层平台的渗漏油必须及时进行彻底清理，并查堵渗漏点；机组内部严禁存留易燃易爆物品及沾油废弃物。 4.风电机组内部严禁吸烟，火种不得带入风电机组；机组内动火必须开动火工作票，动火工作间断、终结时，现场人员必须停留观察至少15分钟，确认现场无火种残留后方可离开。 5.风电机组底部和机舱均应按照国家标准配置出厂检验合格的干粉灭火器，单个灭火器容量不小于2公斤，按要求固定在容易发现和取到的位置。新购买的干粉灭火器换充粉期限为2年，自第一次换粉起以后每年换粉一次。灭火器
在更换及检测期间，应保证留有备用。 6.禁止使用电感式镇流器的照明灯具，灯具外壳严禁采用可燃材料（可燃材料指GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》规定的B2、B3类材料）。 7.风电机组照明电源回路必须安装漏电保护器，漏电保护器应按国家标准进行定期测试，做好记录，保护动作不可靠的要立即更换。 8.在定期维护和点检中必须检查机组内的电缆外套有无破损和绝缘老化，电气元件及控制柜内部有无积灰、污损腐蚀、过热变色、放电、异物进入等问题，发现异常立即处理。 9.风电机组所有电气回路电缆的走线应使用电缆支架或布置在专用电缆槽内，并可靠固定；机舱内机械刹车、联轴器和滑环等旋转部件周边的各类电缆、油管，应根据条件在其周围增加隔离、阻燃措施。 10.风电机组内所有电缆的保护外套必须选用阻燃材料，对不符合要求的保护外套应进行更换，如保护外套出现绑扎松动、磨损和老化情况，应立即检查电缆绝缘并进行处理。 11.对于机舱至底部控制柜采用导电轨连接或采用中间接线盒连接的机组，每次登塔时必须对导电轨接线盒外观进行检查，发现异常应立即停机处理。每次定期维护必须检查导电轨和接线盒内连接母排连接是否可靠，有无发热变色或
关于叶片防雷及接地的避免措施和检查方法整理如下，希望有所帮助。 一、目前叶片雷击基本为：雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解叶片内部气体高温膨胀， 压力上升造成爆裂破坏（更有叶片内存在水分而产生高温气体，爆裂）。叶片防雷系统的主要目标是避免雷电直击叶片本体而导致叶片损害。经过统计：不管叶片是用木头或玻璃纤维制成，或是叶片包导电体，雷电导致损害的范围取决于叶片的形式。叶片全绝缘并不减少被雷击的危险，而且会增加损害的次数。多数情况下被雷击的区域在叶尖背面（或称吸力面）。根据以上叙述，叶片防雷设计一般在叶尖装有接闪器捕捉雷电，再通过敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片。 二、按IEC61400-24标准的推荐值，叶片防雷击铜质电缆导线截面积最小为50平方毫米。如果为高发区， 可适当增加铜质电缆导线截面积。 三、我集团近期刚出的一个检查标准： 1、叶片吊装前，逐片检查叶片疏水孔通畅。 2、叶片吊装前，逐片检查叶片表面是否存在损伤。 3、叶片吊装前，应逐片检查叶片防雷引下线连接是否完好、防雷引下线截面是否损伤，检测叶片接闪器到叶片根部法兰之间的直流电阻，并做好检测记录。若叶片接闪器到叶片根部法兰之间的直流电阻值
高于20 mΩ，应仔细检查防雷引下线各连接点联接是否存在问题。 叶片接闪器到叶片根部法兰之间直流电阻测量采用直流微欧计、双臂电桥或直流电阻测试仪（仪器分辨率不低于 1 mΩ），采用四端子法测量，检查叶片叶尖及叶片上全部接闪点与叶片根部法兰之间直流电阻，每点应测三次取平均值。 4、机组吊装前后，应检查变桨轴承、主轴承、偏航轴承上的泄雷装置（碳刷、滑环、放电间隙 等）的完好性，并确认塔筒跨接线连接可靠。 表1 防雷检查及测试验收清单
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910242463.1 (22)申请日 2019.03.28 (71)申请人 安徽驭风风电设备有限公司 地址 231402 安徽省安庆市桐城经济开发 区南三路 (72)发明人 张顺 陈俊 (74)专利代理机构 深圳市科吉华烽知识产权事 务所(普通合伙) 44248 代理人 谢肖雄 (51)Int.Cl. G01N 27/00(2006.01) G01N 29/14(2006.01) G01B 7/00(2006.01) (54)发明名称 一种风电叶片裂纹检测装置及其检测方法 (57)摘要 本发明提供一种风电叶片裂纹检测装置及 其检测方法，包括风电叶片本体、底座、电位检测 装置和声发射检测装置，所述风电叶片本体两端 与底座之间均设置有支撑座，所述风电叶片本体 一端设置有正极接线柱与负极接线柱，所述正极 接线柱和负极接线柱均与风电叶片本体相互连 通，所述电位检测装置包括恒流源、记录装置、锁 相器、基准电位表和电位前置放大器。本发明通 过将电位法与声发射无损检测方法进行结合，有 效的通过电位法具有的可以对极小的裂纹进行 检测的优点，以及声发射法具有的灵敏度高，覆 盖面积广的优点，从而保证对风电叶片的每一个 位置达到稳定的检测，并且检测出裂纹的大小， 有效的提高裂纹检测效率。权利要求书2页 说明书4页 附图1页CN 110006950 A 2019.07.12 C N 110006950 A
权 利 要 求 书1/2页CN 110006950 A 1.一种风电叶片裂纹检测装置，包括风电叶片本体(1)、底座(2)、电位检测装置(3)和声发射检测装置(4)，其特征在于：所述风电叶片本体(1)两端与底座(2)之间均设置有支撑座(5)，所述支撑座(5)为硬性橡胶材料制成，所述风电叶片本体(1)一端设置有正极接线柱(6)与负极接线柱(7)，所述正极接线柱(6)和负极接线柱(7)均与风电叶片本体(1)相互连通。 2.根据权利要求1所述的一种风电叶片裂纹检测装置，其特征在于：所述电位检测装置 (3)包括恒流源(301)、记录装置(302)、锁相器(303)、基准电位表(304)和电位前置放大器(305)，所述声发射检测装置(4)包括声发射源(401)、声发射传感器(402)、声发射前置放大器(403)、主放大器(404)、高通滤波器(405)、半波整流器(406)、总事件电压比较器(407)、大事件电压比较器(408)和压频变换器(409)，所述电位检测装置(3)与声发射检测装置(4)连接有同一个计算机系统(8)。 3.根据权利要求2所述的一种风电叶片裂纹检测装置，其特征在于：所述正极接线柱(6)与负极接线柱(7)分别与恒流源(301)的正负对应连接，所述锁相器(303)、电位前置放大器(305)和基准电位表(304)与恒流源(301)组成串联电路，所述记录装置(302)与锁相器(303)、电位前置放大器(305)和基准电位表(304)之间为并联电路。 4.根据权利要求2所述的一种风电叶片裂纹检测装置，其特征在于：所述声发射源(401)位于风电叶片本体(1)两侧靠近两端的位置设置，所述声发射源(401)与风电叶片本体(1)的垂直线形成60度夹角，所述声发射源(401)位于相近的风电叶片本体(1)一端的1/3位置设置。 5.根据权利要求1所述的一种风电叶片裂纹检测装置，其特征在于：所述电位检测装置(3)连接用的带线均采用高绝缘性能的导线。 6.根据权利要求2所述的一种风电叶片裂纹检测装置，其特征在于：所述主放大器(404)采用可变增益宽带放大器AD603设置，所述高通滤波器(405)采用二阶有源高通滤波器(405)设置。 7.权利要求1-6任一项所述的一种风电叶片裂纹检测方法，包括以下步骤： S1：将恒流源(301)的正负极与正极接线柱(6)和负极接线柱(7)连接，使恒流源(301)对风电叶片本体(1)通电，经过电位前置放大器(305)，将电信号进行放大转换为脉冲发送给锁相器(303)，经过锁相器(303)将电压进行过滤震荡至基准电位表(304)以及记录装置(302)，进行记录，并且将记录数量输送给计算机系统，经过裂纹尺寸与电位之间的方程式进行计算得出裂纹尺寸； S2：使用声发射源(401)对风电叶片本体(1)提高声波探测，声波经过风电叶片本体(1)反射产生的声发射信号经过声发射传感器(402)接收，声发射传感器(402)采集到的声发射信号首先要经过声发射前置放大器(403)的放大，然后再次经过主放大器(404)进行适当放大便于后续处理； S3：将适当放大后的信号发送给高通滤波器(405)，经过高通滤波器(405)对声发射信号中混入的干扰噪音信号，进行滤波处理以剔除噪音信号； S4：为了便于分析，将剔除噪音后的信号发送给半波整流器(406)，采用出运放和二极管组成的半波精密整流电路将声发射信号交流信号转换为单向的正向信号； S5：将半波整流器(406)整流后的信号经过总事件电压比较器(407)和大事件电压比较 2
风电机组的防雷和防雷标准 1 引言 在我国风电发展初期，风电场大部分集中在年平均雷电日较少的新疆和内蒙古等地区，采用的主要是450kW 级以下的风电机组，雷害问题并不突出。随着我国风电场建设速度不断加快、规模不断扩大以及风电机组的日益大型化，风电机组的雷害也日益显露。现阶段，我国风电场开发不断向高海拔和沿海地区拓展，大功率风电机组的塔架最高已经超过120m，是风电场中最高大的构筑物。在风电机组的20年寿命期内，难免会遭遇到雷电的直击。中国可再生能源学会风能专业委员会于2009 年9月在肇庆召开的叶片专业组年会，将叶片的防雷作为一个重要问题进行了研讨，说明风电机组防雷已经引起专家的高度重视。 国际电工委员会（IEC）第88 工作委员会（IEC TC 88）在编制风电机组系列标准IEC 61400 时，编制了一个技术报告（TR），作为IEC 61400 系列标准的第24 部分于2002 年6 月出版，其初衷是想为这个相对年经的工业提供防雷知识。该标准在几年的实践中证明，技术报告对防止和减少风电机组的雷害是有效的。但是随着大型风电机组的发展和风电场向外海的拓展，雷害问题比2002 年以前更加复杂和突出。因此，有必要制订一个风电机组防雷标准以供风电行业人员使用。将IEC 6 1400 由技术报告（TR）升级为技术标准（TS）便提上了议事日程。 2 风电机组的雷害 IEC 61400-24 2002 中，阐明了不同于其他建筑物的风电机组雷害问题，机组的结构特点、工作原理以及所处场地等因素使其容易遭受雷害。人们已经了解建筑物高度对雷击过程的影响。高度超过60m 的建筑物会发生侧击，即部分雷电击中建筑物侧面而不是建筑物顶部。风电机组塔架是高于60m 的构筑物，所以侧击概率比建筑物大很多，并造成严重损害。另外，从雷电机理可知，与
风力发电整机制造机构名称 维斯塔斯风力技术公司 新疆金风科技发展公司 四川风瑞能源 GAMESA GE能源集团 华锐风电科技股份有限公司 浙江华仪风能开发有限公司 苏司兰能源有限公司 江西麦德风能设备股份有限公司 常州轨道车辆牵引传动工程技术研究中心上海电气风电设备有限公司 中国南车株洲电力机车研究所风电事业部湖南湘电风能有限公司 中船重工（重庆）海装风电设备有限公司Repower 浙江运达风力发电工程有限公司 上海万德风力发电有限公司 佛山市东兴风盈风电设备制造有限公司潍坊中云机器有限公司 东方汽轮机有限责任公司 保定惠德风电工程有限公司 哈尔滨哈电风电设备公司 北京北重汽轮电机有限责任公司 沈阳华创风能有限公司 西安维德风电设备有限公司 广东明阳风电有限责任公司 三一电气有限责任公司 中小型风力发电机组（含并网/离网型）机构名称 广州红鹰能源科技公司 扬州神州风力发电有限公司 嘉兴市安华风电设备有限公司 上海思源致远绿色能源有限公司 宁波风神风电科技有限公司 深圳风发科技发展有限公司 广州中科恒源能源科技有限公司 宁夏风霸机电有限公司 上海林慧新能源科技有限公司 西安大益风电科技有限公司 瑞安海立特风力发电有限公司
风能蓄电池机构名称 北京辉泽世纪科技有限公司 叶片及其材料机构名称 重庆国际复合材料有限公司 艾尔姆玻璃纤维制品（天津）有限公司 上海玻璃钢研究院 江苏九鼎新材料股份有限公司 南京先进复合材料制品有限公司 上海越科复合材料有限公司 中国兵器工业集团第五三科技研究院 威海市碳素渔竿厂 金陵帝斯曼树脂有限公司 中航（保定）惠腾风电设备有限公司 浙江联洋复合材料有限公司 常熟市卡柏（Core Board）复合材料有限公司北京恒吉星工贸有限责任公司 风力发电机机构名称 湘潭电机股份有限公司 南车电机股份有限公司 西安捷力电力电子有限公司 兰州电机有限责任公司 东方电机股份有限公司 上海电气集团 盾安电气 齿轮箱/回转支承机构名称 南京高速齿轮制造有限公司 德国GA T传动技术有限公司 洛阳精联机械基础件有限公司 徐州罗特艾德回转支承股份有限公司 舍弗勒中国有限公司 马鞍山方圆回转支承股份有限公司 浙江通力减速机有限公司 变桨系统机构名称 桂林星辰电力电子有限公司 德国GA T传动技术有限公司 路斯特绿能电气系统（上海）有限公司
风机叶片材料、设计与工艺简介 核心提示：复合材料风机叶片是风力发电系统的关键动部件，直接影响着整个系统的性能，并要具有长期在户外自然环境条件下使用的耐候性和合理的价格。因此，叶片的材料、设计和制造质量水平十分重要，被视为风力发电系统的关键技术和技术水平代表。 复合材料风机叶片是风力发电系统的关键动部件，直接影响着整个系统的性能，并要具有长期在户外自然环境条件下使用的耐候性和合理的价格。因此，叶片的材料、设计和制造质量水平十分重要，被视为风力发电系统的关键技术和技术水平代表。影响风机叶片相关性能的因素主要有原材料、风机叶片设计及叶片的制造工艺三种。 一风机叶片的原料 目前的风力发电机叶片基本上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与E－玻璃纤维、S－玻璃纤维、碳纤维等增强材料，通过手工铺放或树脂注入等成型工艺复合而成。 对于同一种基体树脂来讲，采用玻璃纤维增强的复合材料制造的叶片的强度和刚度的性能要差于采用碳纤维增强的复合材料制造的叶片的性能。但是，碳纤维的价格目前是玻璃纤维的10左右。由于价格的因素，目前的叶片制造采用的增强材料主要以玻璃纤维为主。随着叶片长度不断增加，叶片对增强材料的强度和刚性等性能也提出了新的要求，玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中逐渐出现性能方面的不足。为了保证叶片能够安全的承担风温度等外界载荷，风机叶片可以采用玻璃纤维/碳纤维混杂复合材料结构，尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位，则使用碳纤维作为增强材料。这样，不仅可以提高叶片的承载能力，由于碳纤维具有导电性，也可以有效地避免雷击对叶片造成的损伤。 风电机组在工作过程中，风机叶片要承受强大的风载荷、气体冲刷、砂石粒子冲击、紫外线照射等外界的作用。为了提高复合材料叶片的承担载荷、耐腐蚀和耐冲刷等性能，必须对树脂基体系统进行精心设计和改进，采用性能优异的环氧树脂代替不饱和聚酯树脂，改善玻璃纤维/树脂界面的粘结性能，提高叶片的承载能力，扩大玻璃纤维在大型叶片中的应用范围。同时，为了提高复合材料叶片在恶劣工作环境中长期使用性能，可以采用耐紫外线辐射的新型环氧树脂系统。 二风机叶片的设技 以最小的叶片重量获得最大的叶片面积，使得叶片具有更高的捕风能力，叶片的优化设计显得十分重要，尤其是符合空气动力学要求的大型复合材料叶片的最佳外形设计和结构优化设计的重要性尤为突出，它是实现叶片的材料/工艺有效结合的软件支撑。另外，计算机
南?京?工?业?职?业?技?术?学?院?学?报Journal?of?Nanjing?Institute?of?Industry?Technology 第18卷第2期2018年6月Vol.18,No.2Jun.,2018 风电叶片在线检测技术研究进展 吴国中，李?镇?，宋增禄 （南京工业职业技术学院?电气工程学院，江苏?南京?210023）? 摘?要：就风电设备运行过程中风机叶片的在线检测技术进行了讨论。叶片在线检测主要有两大类，分别是以应变、声发射等传感器检测为核心的侵入式检测和以图像检测为代表的非侵入检测，探讨了这两种检测模式中风电叶片损伤检测的实验手段以及损伤特征提取和识别的算法。关键词：风电；叶片；在线检测 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-4644（2018）02-0004-05 风电技术在展现出其独特优势的同时也存在一些问题。由于风力发电场通常位于较偏远的陆地、海岸或者海上，环境恶劣且无人值守，其运行状态的监测面临较大挑战。目前已有的在线监测、控制、调度技术为风电场的正常平稳运行提供了一定的保障，但是由于风电系统的复杂性、可靠性以及环境等各方面因素的影响，现有在线监控系统在风机状态信息检测的实时性、完备性、准确性等方面仍显不足，其中一个突出问题表现在风电叶片状态检测方面。 风电叶片是风力发电机的关键部件，叶片状态的检测以及寿命预测对提高风机工作效率、保障风机正常工作具有重要意义。本文将集中讨论风机叶片部分在线检测技术的研究进展。 1?侵入式检测技术 叶片在线检测主要分为两类，一类是侵入式的检测，即传感器网络需要内嵌在叶片中；另一类是非侵入式的检测，即采用光学或图像等方式实现非接触式的检测。 1.1?基于应变的检测 应变片在风电叶片在线检测中有较多应用。风电叶片在实际运行过程中会承受不同方向的载荷，导致叶片产生应变，应变的累积可能会导致叶片的宏观形变和开裂，因此在叶片的脆弱部位以及容易产生应力集中的部位，可以设置应变传感器以检测叶片的应变，从而可以直接反应叶片状态。 Jargensen?等人在2004年曾采用上百片应变传感器检测长达25米的叶片轴向应变。应变检测是一项比较成熟的技术［1］ ，可以用于叶片的离线和在线测试，但是也有一些局限性。应变传感器容易失效，容易受到环境的影响甚至引起雷击，并且有的情况下不能准确反映叶片失效状况。 FBG传感器是针对传统应变传感器的不足，在风电叶片检测中引入的光纤传感器，以检测叶片的应变。较常用的是布拉格光纤光栅，其原理是利用纤芯内空间相位周期性分布的光栅形成一个窄带滤波器或反射镜，滤波器或反射镜中心频率会随外部应变而产生漂移，将频率漂移转换为应变可以准确、稳定、可靠地检测叶片的应变和疲劳状态。2007年郭等人最早利用FBG传感器网络检测叶片状态数据并应用无线技术上传［2］ ，这种技术逐步发展并在一些大型风机上得到应用。FBG传感器稳定性对于叶片状态的长期检测是很有优势的，其不足在于成本高而且设备体积大，一定程度上限制了其在叶片在线检测中的应用。 1.2?基于声发射的检测 基于声发射检测叶片失效的研究已经比较广泛。声发射是材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象，叶片在外部载荷作用下产生形变，使结构内部形成应力，由于叶片应力集中而产生各种失效，如纤维断裂、微裂纹等，从而导致局域快速释放能量。用于声发射检测的传感器由压电传感器、放大器和数模转换器以及信号处理单 收稿日期：2018-04-23 基金项目：?江苏风力发电工程技术中心2016年度开放基金（编号：ZK16-03-05）；江苏省品牌专业资助项目（编号：PPZY2015B189）作者简介：吴国中（1974-），男，南京工业职业技术学院副教授，工学硕士，研究方向：自动化控制及检测技术。
风电机组的防雷检测方法 发表时间：2018-09-13T10:25:12.363Z 来源：《科技新时代》2018年7期作者：杨武王建波2 [导读] 本文从风电机组构成着手，对风电机组防雷安全检测方法研究，使风电机组防雷检测具有更强针对性和可操作性。 （1吐鲁番市气象局，新疆吐鲁番 838000；2湖南省气象技术装备中心，湖南长沙 410000） 摘要：近年来，风电行业成为雷灾影响最严重行业之一。由于风电机组安装环境及自身结构、运行方式具有一定特殊性，使得当前风电机组防雷检测也具有其特点，本文从风电机组构成着手，对风电机组防雷安全检测方法研究，使风电机组防雷检测具有更强针对性和可操作性。 关键词：风电机组；接地装置；等电位连接；电涌保护器SPD；传感器 引言 随着我国新能源事业发展，近年来风电行业进入快速发展阶段。风电机组作为风力发电主要设备，是否能安全运行关系到整个风电市场持续健康发展。一直以来，风电机组防雷安全检测都是一个受到风电设计、生产、安装调试、运行等各环节高度重视问题。 1 风电机组防雷安全检测现状 尽管电力行业有关于防雷设计相关国家标准或行业标准，但由于风电机组防雷安全检测涉及技术问题很多，加之国内使用风电设备以进口或引进国外技术生产为主，各国采用标准不一，对风电机组防雷要求也各不同。造成目前我国风电防雷检测相关标准缺乏针对性和可操作性，使得从事风电机组防雷检测的技术人员莫衷一是，这也是风电行业防雷安全检测亟需加强和解决的问题。 2 风电机组工作原理与构成 2.1工作原理 风力发电就是将自然界中风能利用叶轮转化成旋转的机械能，然后经由低速主轴，利用齿轮箱将转动速度提高至异步发电机转速，再由高速联轴器带动发电机产生出电能，最后通过变流器励磁把由发电机定子输出电能并到电网中。风电机组由传动、电气控制、偏航及支承系统等组成。 2.2基本构成 风力发电机组传动系统由叶轮、主轴、主轴承、齿轮箱、联轴器、发电机组成。叶片因位置相对较高易受直接雷击；而雷电电弧可能引起主轴承、齿轮箱齿轮材料表面凹陷和融化，引起啮合面之间磨损加剧；由主轴侵入雷电过电压可能造成发电机定子绕组、主绝缘击穿。 偏航系统由偏航电机、偏航齿箱、回转支承等组成。雷电对偏航系统危害主要是损坏偏航电机、接近开关的光传感器、限位开关、偏航控制器等。 支承系统包括塔架（筒）、基础环、钢筋混凝土基础，塔架（筒）既是传递雷电流引下线，又对内部设备与线路起到很好屏蔽作用，对整个电气、控制系统防雷起到不可替代作用。基础也是整个风力发电机组接地网。 电气与控制系统是风电机组正常运行核心，由控制电路、主电路、传感器和接口电路组成。电气控制系统温度传感器、转速传感器、液压传感器等属敏感元器件，易被雷电损坏。 3防雷安全检测主要内容 ①机舱尾部风向风速仪与叶片接闪器； ②机组接地装置； ③控制柜与配电柜内电涌保护器； ④用于引导雷电流入地防雷接地引下线； ⑤机舱与塔筒内滑环、电刷、发电机、齿轮箱、主轴承、金属管道、金属爬梯、构架等大尺寸金属物等电位连接； ⑥控制系统各类传感器。 4防雷安全检测主要方法 4.1外部防雷装置检测 风电机组外部防雷装置包括接闪器、引下线、接地装置。一是应检查机组外部防雷装置外观、材料、规格尺寸是否符合GB50057-2010等相关规范要求。以目测法定期检查叶片、风向风速仪接闪器是否有锈蚀和被雷击损坏烧灼痕迹等。二是检查接闪装置接地连接线连接是否稳固。三是应根据接闪器高度与距离计算机舱上风向风速仪是否处在LPZ0B区内。四是用等电位仪测试叶片接闪装置与轮毂引下线连接点、机舱上接闪杆与引下线直流过渡电阻，要求过渡电阻≤0.2Ω。五是检查引下线敷设与连接，高度≤40m塔筒、塔杆，可只设一根引下线；＞40 m时应设两根引下线。可利用螺栓或焊接连接的一座金属爬梯作为两根引下线使用。分段连接金属塔筒用作引下线时，每段塔筒连接螺栓应利用不少于处的25mm2紫铜编织带跨接，底座环与下塔段连接为3根25mm2紫铜编织带跨接。钢筋混凝土结构塔筒应利用钢筋混凝土内竖直钢筋作为引下线。六是按照GB/T 17949.1—2000规定的检测方法用接地电阻测试仪测量接地装置工频接地电阻，测试选择多点测量比对，其工频接地电阻≤4Ω。 4.2等电位检测 一是检查风电机组等电位连接材料规格是否符合GB/Z25427—2010要求。等电位直流过渡电阻值测试应采用空载电压4V～24V，最小电流为0.2A测试仪器检测，直流过渡电阻值≤0.2Ω。二是检测LPZ0A区内金属构件、所有穿过各后续防雷分区界面处导电物与防雷装置直流过渡电阻。检查滑环、电刷、发电机、齿轮箱、机械制动器和控制柜等金属结构件与机舱底板等电位连接。三是检查塔筒内所有金属导体、控制柜、配电柜与塔底防雷装置等电位连接。特别检查机舱与塔筒内控制柜内部传感器屏蔽层与柜内屏蔽接地排等电位连接。其中风速仪、风向标厂家出厂时一般都是从屏蔽层焊接出一根黄绿双色线，接线时将风速仪风向标黄绿双色线一起接至机舱柜端子排。 4.3电涌保护器检测 一是检查风电机组安装的电涌保护器是否经过国家认可的检测实验室检测，符合GB 18802.1-2011、GB/T 18802.21等相关规范要求。二是检查配电柜、控制柜内SPD表面是否平整、光洁，如有划伤、裂痕和烧灼痕或变形则应立即更换。三是检查SPD状态指示是否正
风电防雷接地 1 风机的防雷特点 电闪雷鸣释放的巨大能量，会造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁…… 1.1 一般雷击率 在年均10雷电日地区，建筑物高度h与一般雷击率n的关系见表1。 1.2 环境 风力发电特点是：风机分散安置在旷野，大型风机叶片高点（轮毂高度加风轮半径）达60～70 m，易受雷击；风力发电机组的电气绝缘低（发电机电压690 V、大量使用自动化控制和通信元件）。因此，就防雷来说，其环境远比常规发电机组的环境恶劣。 1.3 严重性 风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资60%以上。若其遭受雷击（特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击），除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。丹麦LM公司资料介绍：1994年，害损坏超过6%，修理费用估计至少1 500万克朗(当年丹麦装机540 MW，平均2.8万克朗/MW) 。按LM公司估计，世界每年有1%～2%的转轮叶片受到雷电袭击。叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖是容易被修补的，但少数情况则要更换整个叶片。雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故。所以，雷害是威胁风机安全经济运行的严重问题。 2 叶片防雷研究 雷击造成叶片损坏的机理是：雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升造成爆裂破坏。 美国瞬变特性研究院用人工电晕发生器，在全复合材料的叶片做雷击试验，高电压、长电弧冲击（3．5 MV，20 kA）加在无防雷设置的叶片上，结论是叶片必须加装防雷装置。
TACKE公司设计了玻璃钢防雷叶片（图1），叶片顶端铆装一个不锈钢叶尖，用铜丝网贴在叶片两面，将叶尖与叶根连为一导电体。铜丝网一方面可将叶尖的雷电引导至大地，也防止雷击叶片主体。 丹麦LM公司于1994年获得叶片防雷的科研项目，由丹麦能源部资助，包括丹麦研究院雷电专家、风机生产厂、工业保险业、风电场和商业组织在内，目的在于调查研究雷电导致叶片损害，开发安全耐用的防雷叶片。研究人员在实验室进行一系列的仿真测试，电压达1．6 MV，电流到200 kA，进行雷电冲击，验证叶片结构能力和雷电安全性。研究表明：不管叶片是用木头或玻璃纤维制成，或是叶片包导电体，雷电导致损害的范围取决于叶片的形式。叶片全绝缘并不减少被雷击的危险，而且会增加损害的次数。研究还表明：多数情况下被雷击的区域在叶尖背面（或称吸力面）。在研究的基础上，LM叶片防雷性能得到了发展，在叶尖装有接闪器（图2）捕捉雷电，再通过叶片内腔导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片，设计简单和耐用。如果接闪器或传导系统附件需要更换，只是机械性的改换。 3 雷害资料数据 3.1 我国个别案例 1995年8月，浙江苍南风电场1台FD16型55 k W风机受雷击，从叶尖到叶根开裂损坏报废。 我国各风场的雷害，没有统计资料。 3.2 丹麦和德国统计的雷击数据 3.2.1 风机雷击率 丹麦1200台、德国1400台风机遭雷击数据见表2。 德国雷击率比丹麦高出1倍。除了地点不同，收集时间短(一般认为需要15 a),或许有德国的风机平均总高度44．3 m比丹麦的35．5 m高等因素。 3.2.2 雷击地区分布 德国1992～1995年雷击地区分布数据见表3。
大型风电叶片结构设计方法研究 摘要：随着绿色能源的推广与利用，对风电叶片结构设计也提出了更高的要求。作为风电机组的主要部件，叶片的设计方法一直是风电机组研发的关键。本文主要对大型风电叶片结构设计方法进行探析。 关键词：风电叶片；结构设计；方法 前言 近年来，我国的风电设备在技术水平与创新方面已有了突破性的成就，但与国外发达国家相比，仍存在很大差距，尤其在大型风电叶片结构设计方面。因此，如何完善设计方法将是未来提高风电机组核心技术的必然途径。 1.风电叶片设计的基本概述 1.1 风电叶片设计 风电叶片设计的过程实际是对叶片参数的选取与确定的过程，其中的参数对叶片的性能起决定性的作用。一般对风电叶片进行设计主要目标在于：第一，通过较好的空气动力外形获得风能。第二，结构的强度与刚度能够承受各种荷载。第三，其结构动力学特性较好，防止出现共振与颤振。第四，叶片重量的降低使制造成本减少。设计的过程主要分为对气动与结构的设计。其中气动设计过程中，主要对叶片几何外形做出最佳的选择，实现年发电量最大的目标，而结构设计主要对叶片材料的选择、叶片结构形式以及设计参数进行分析，使叶片的强度、刚度及稳定性等目标得以实现。 1.2 叶片外形设计的主要方法 风电叶片设计的主要任务是确定气动外形。叶片外形作为结构设计的基础，对结构设计也有一定的限制。一般对气动外形的设计的方法主要包括基于动量叶素理论的简化设计方法、Glauert方法、以及维尔森方法。基于动量叶素理论的简化设计方法通常用于对风轮轴线截面与叶片产生的气动力，并以此确定叶片参数与翼弦的关系。而Glauert方法主要对风轮后涡流流动进行考虑，初步的设计、分析与修正气动性能，存在一定的局限性，但在设计过程中属于较好的指导方法。维尔森方法则是对Glauert方法的改进，是当前叶片启动外形设计常用方法之一[1]。 1.3 结构设计 结构设计的基本要求在于动力学特性、设计寿命、极限强度设计条件以及刚度设计条件与叶尖变形。在叶片材料方面，通常选择铝合金、玻璃钢、碳纤维增强复合材料等。叶片的内部夹芯结构一般以轻木与PVC为主，而且主体结构中
风电叶片及材料项目 情况说明及投资建议 情况说明及投资建议参考模板，仅供参考
摘要 该风电叶片及材料项目计划总投资13891.48万元，其中：固定资产投资11986.26万元，占项目总投资的86.28%；流动资金1905.22万元，占项目总投资的13.72%。 达产年营业收入17941.00万元，总成本费用14350.64万元，税金及附加227.30万元，利润总额3590.36万元，利税总额4312.88万元，税后净利润2692.77万元，达产年纳税总额1620.11万元；达产年投资利润率25.85%，投资利税率31.05%，投资回报率19.38%，全部投资回收期6.66年，提供就业职位277个。 提供初步了解项目建设区域范围、面积、工程地质状况、外围基础设施等条件，对项目建设条件进行分析，提出项目工程建设方案，内容包括：场址选择、总图布置、土建工程、辅助工程、配套公用工程、环境保护工程及安全卫生、消防工程等。 本风电叶片及材料项目报告所描述的投资预算及财务收益预评估基于一个动态的环境和对未来预测的不确定性，因此，可能会因时间或其他因素的变化而导致与未来发生的事实不完全一致。
风电叶片及材料项目情况说明及投资建议目录 第一章风电叶片及材料项目绪论 第二章风电叶片及材料项目建设背景及必要性 第三章建设规模分析 第四章风电叶片及材料项目选址科学性分析 第五章总图布置 第六章工程设计总体方案 第七章风险应对评价分析 第八章职业安全与劳动卫生 第九章实施方案 第十章投资估算与经济效益分析
第一章风电叶片及材料项目绪论 一、项目名称及承办企业 （一）项目名称 风电叶片及材料项目 （二）项目承办单位 xxx（集团）有限公司 二、风电叶片及材料项目选址及用地规模控制指标 （一）风电叶片及材料项目建设选址 项目选址位于xxx高新技术产业开发区,地理位置优越，交通便利，规划电力、给排水、通讯等公用设施条件完备，建设条件良好。 （二）风电叶片及材料项目用地性质及规模 项目总用地面积41967.64平方米（折合约62.92亩），土地综合 利用率100.00%；项目建设遵循“合理和集约用地”的原则，按照风电叶片及材料行业生产规范和要求进行科学设计、合理布局，符合规划 建设要求。 （三）用地控制指标及土建工程
风电机组叶片雷电防护金属网 防雷研究 文 | 周家东，熊秀，付磊，范晓宇 随着风电机组的单机容量不断增大，轮毂高度和叶轮直径的不断增加，以及高原、沿海、海上等新型机组的开发，大型机组越来越容易遭受雷击。而风电机组的叶片又始终处于机组的最高位置，是最容易受雷击的部件，会对机组叶片造成不可逆的机械损伤，在整个机组的雷击损坏维修成本中，它的维修费用最高。所以在叶片设计初期就做好防雷措施，将大大降低后期的维护成本。 目前，叶片防雷的主要方法有三种：接闪器与引下线、分段式导流条和雷电防护金属网。接闪器与引下线是目前使用最广泛的雷电防护方法，但是随着叶片长度的增加，实际的雷电并不总是打到叶尖，有时也会对叶身造成很大的破坏。分段式导流条是叶片雷电防护中一种新兴的方法，通过分段式导流条和接闪器与引下线系统的配合使用可以扩大接闪器的接闪面积，对叶片起到很好的防护效果。而雷电防护金属网是一种既可以充当接闪器起到接闪的作用，又能充当引下线起到很好的传导雷电的作用的防雷方法。但是国内外对雷电防护金属网的雷电防护研究的比较少，本文基于上述的背景，采用本公司自主设计研发的两种用于机组叶片上的雷电防护金属网，进行了机组叶片雷电防护金属网的防雷研究，对机组叶片雷电防护具有重要的意义。 雷电防护金属网介绍 雷电防护金属网作为一种重要的雷电防护方法，在飞机上已经取得非常成功的应用，近年来延性金属铜网和铝网也开始成为叶片雷电防护中必不可少的材料。 一、金属网的介绍 目前国内外常见的雷电防护金属网包括金属编织网、延性金属冲孔网以及延性金属斜拉网三种。金属编织网是由金属丝在经纬两个方向编织而成。编织丝网的缺点是在 复合曲率的表面难以覆盖，影响气动性能；而且编织丝网金属丝之间搭接电阻比较大，雷电防护效果远不如延性金属网；编制金属丝网由于雷电流产生的强大电磁力也容易断裂和瓦解。 延性金属冲孔网是金属板经钢板冲剪机冲剪加工处理后，形成固定网眼状况的张料物体。而延性金属斜拉网是由拉伸网冲剪机经过冲剪和拉伸，使金属板扩张成定好的 尺寸。因此延性金属斜拉网和冲孔网相比，生产中不会产生废料，成本低；而且网眼连接十分牢固，不会有断梗和断丝的现象；更重要的是延性金属斜拉网梗丝均匀，不会出现电流传导截面突变，影响导电性能。 二、金属网雷电防护机理（一）金属网导流基本机理 金属网格的雷电防护，其实质就是利用金属自身良好 图1 延性金属冲孔网图片 图2 延性金属斜拉网图片
大型海上风电叶片关键技术及创新研究
海上叶片技术挑战 Longer Blade Demanding for Innovative Technologies 材料科学 Material Science ?高模量 High stiffness ?轻质 Low weight ?性能稳定 Robust ?耐腐蚀及紫外线 Anti-erosion/UV 气动设计 Aerodynamics ?高叶尖速 High tip speed ratio ?高雷诺数 High Reynolds # ?粗糙度敏感性低 Dirt Airfoil ?气弹稳定性 Aeroelastic flutter ?失速余量 Stall margin ?载荷控制 Load control ?气动效率 Performance 结构设计 Structural Design ?高可靠性 High reliability ?后缘梁设计TE UD ?三明治结构稳定性 ?大厚度主梁帽 Thick Spar Cap ?叶根设计 Root connection 工艺设计 Mfg Process ?部件预制 Prefabrication ?大厚度梁帽制作 Thicker Spar cap ?防雷金属网灌注 Copper mesh application 防护设计 LPS & Anti-erosion ?碳材料防雷 LPS for carbon ?前缘防护 LE protection
价格因子/重量因子 Cost & Weight factors 0.0% 20.0% 40.0% 60.0% 80.0% 100.0% 120.0% 0.0% 50.0% 100.0% 150.0% 200.0% 250.0% 300.0% 350.0% 400.0% 常规玻纤布 大克重玻纤布 拉挤玻纤片材 碳纤灌注 碳纤预浸料 碳纤拉挤片材 单位模量价格因子 重量因子 价格因子 重量因子
常见风电叶片问题及风电叶片检查方案
目录catalog 01常见叶片问题及检查方法 Blade inspection methods 02介绍及案例展示 CobotAI-B1 introduce and inspection case
风电叶片容易受到强风、雷击、疲劳的影响，引起风电叶片结 构损伤；且由于出厂质量影响，有些缺陷长期存在，影响叶片的可靠性。 Wind turbine blades easily affected by strong winds, lightning, fatigue, caused blades damage ; And because of the influence of the factory quality, some defects exist for a long time, the influence on the reliability of the blade 随风机运行时间增长，叶片维修需求增加，但普通叶片检查只能查出表面缺陷，存在隐患，所以需要开展叶片无损内部检测。Grow along with the running time, blade repair demand increases, but blade visual inspection only can be found surface defect, so need for a nondestructive internal inspection.
分类人为检测仪器检测 检测方式Inspection way 人工目测、敲击、 单反相机远距拍照 visual inspect , knock, take picture 超声无损检测 Ultrasonic 红外无损检测 infrared 特点Feature 简单，直接，易于操作，成本较低。叶片成 型前缺陷及人不可及处缺陷无法检测，人为 因素影响检验结果Simple, direct, easy to operate, low cost . Blade molding defects and the person before and cannot detect flaw, human factors affect the test result 在工厂针对断层和缺胶检 查，目前无法实现风场实 时检测In view of the faults and short of glue in the factory inspection, at present can't wind field real- time detection 检测灵敏度高、检测速度快，检 测缺陷范围广，实时成像，能够 实现风场实时检测。High detection sensitivity, fast detection, real-time imaging, the testing range of the wind field can be implemented for real-time detection.