JP2016041912A

JP2016041912A - 発電設備の落雷管理システム

Info

Publication number: JP2016041912A
Application number: JP2014165666A
Authority: JP
Inventors: 泰三桧垣; Taizo Higaki; 和夫奥田; Kazuo Okuda; 知和猪木; Tomokazu Inoki; 啓太相良; Keita Sagara
Original assignee: PHOTONICS KK
Current assignee: PHOTONICS KK
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2016-03-31

Abstract

【課題】ブレードに設けた落雷センサによって落雷の「有り」「無し」の信号を得てこれを空中伝送及び光通信で落雷信号中継器及び落雷電流計測装置に送信し、精度のあるブレード毎の定量的落雷規模の把握をすることにより、遠隔で迅速に風力発電設備の管理に必要な運転継続、消耗品の交換要否等の判断ができるようにする
【解決手段】回転可能の複数のブレード３１に設置された複数の落雷有無を感知する落雷センサ１１１１と、このブレードの回転機能を伝えるナセル５内に設置され前記落雷センサとは機械的無接触で電気的或は光学的に通信をする落雷信号中継器１１２と、該落雷中継器から信号が接続され且つ前記落雷センサとの通信は電気的絶縁状態にあって風力発電設備近傍の地上に設置された落雷電流計測装置１１５と、感知された落雷規模を示すデータを遠隔に迅速に通信する装置とからなることを特徴とする落雷管理システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、所謂、タワー型風車でなる発電設備のタワー本体の土台となる基礎付近に落雷電流計測装置を配した落雷管理システムに関するものである。

従来、タワー型風車の発電設備は概略、ブレード、ハブ、ナセル、タワーなどからなるが、この発電設備は自然エネルギの利用及び公害発生防止の面から急速に設置導入がされ、発展に至っている。しかし、地域によっての落雷はそのエネルギ（落雷規模）が大きく風力発電設備の大きなリスクとなっていて重大な事故も起こっている。特に前記ブレードへの落雷損傷の事例が多いい。その結果、風力発電設備の火災、部品の飛散等により安全性が損なわれ、又、これの修理、復旧の膨大な費用と時間を要し、それ故の稼働率の低下に基づく風力発電事業者の経済的損失が大きい。それ故に的確な落雷被害状況の把握と迅速な復旧の為に落雷したブレードの特定及び高精度で定量的な落雷の計測データから落雷規模を迅速に把握できる落雷管理システムが望まれる。

例えば、特許文献１の風力発電設備は落雷管理システムを設置したものではあるが、落雷のリスクが増加している昨今、落雷したブレードの特定、及びブレード毎の定量的な高精度の落雷の計測データから落雷規模の迅速な把握ができる落雷管理システムでは無く、従ってこれらを満足する落雷管理システムの実現が要請される。

そこで本発明者等は構造機能的にはブレードへの落雷に対しては単純に落雷の「有り」、「無し」のみを感知する落雷センサを配し、これを前記ブレード内部に設置するといった構造とし、加えて風車の回転部に設置する落雷センサとの通信は落雷信号中継器と無線或いは光通信等による機械的無接触通信手段とすることで通信の不通、不具合を生じる事のないように計り、且つ、高精度で定量的に計測できる落雷電流計測装置のロゴスキーコイルをタワー基部に巻き付けて配置し、落雷電流計測装置と電気的に絶縁して接続し、そして、風力発電設備近傍の地上に配置された落雷電流計測装置と落雷センサとは電気的に絶縁した状態に置くことで落雷によるサージ電流の影響を皆無とする落雷管理システムを実現したものである。

特開２００８−１５３０１０号公報

発明が解決しようとする問題点は落雷したブレードの特定と風力発電設備への落雷を定量的に且つ迅速に把握することによる落雷リスクの低減、電流計測装置の設置の容易性と経年管理の容易・便利性の実現、落雷センサと落雷信号中継器及び落雷電流計測機の通信は光或は無線等の光・無線通信として回転機構と機械的に無接触の通信とし、落雷によるサージ電流の影響を落雷電流計測装置が受けないように計る等々で有る。

本発明は、風力発電設備の落雷管理システムであって、回転可能の複数のブレードに設置された複数の落雷有無を感知する落雷センサと、このブレードの回転機能を伝えるナセル内に設置され前記落雷センサとは機械的無接触で電気的或は光学的に通信をする落雷信号中継器と、該落雷中継器から信号が接続され且つ前記落雷センサとの通信は電気的絶縁状態にあって風力発電設備近傍の地上に設置された落雷電流計測装置と、感知された落雷規模を示すデータを遠隔に迅速に通信する装置とからなることを特徴とする落雷管理システムである。

請求項１記載の発明によれば落雷センサをブレード毎に設置しているので、定量的な落雷規模（落雷時刻、落雷電流波形、電荷量）を知ることができる、又、これに加えて落雷規模から風車の運転の可否、補修要否、レセプタ・ＳＰＤ等消耗品交換等を知ることができる。更に落雷電流計測装置は地上に設置できるので多機能で高い計測精度を安価に実現できる。

図１は本発明の実施例１に係る落雷管理システムの概略構成図。図２は本発明の実施例１に係るシステムブロック図。

以下に本発明の実施例に係る落雷管理システムについて図面を参照して説明する。

（実施例１）
先ず、本発明実施例１に係る風車発電設備は図１に示す構造で、落雷を受けるレセプタ１１と引き下げ導体２１とは接続されブレード３１に取り付けられていて、このブレード３１はこの場合３枚用意され、それぞれハブ４の円周方向に等間隔で配置取り付けられている。ハブ４の背部には同ハブ４が回転自在に取り付けられるナセル５が配置され、このナセル５はタワー６の頭部に取り付けられた構造になって設置されている。そして、ハブ４とナセル５間はブラッシ、放電ギャップで落雷電流が流れる構造にしている。

前記ハブ４は発電機軸７に固定され、この発電機軸７は発電機８に機械的に結合され回転を伝達できる構造にしている。そして、ナセル５はフレーム９構造で保護される。前記落雷電流は落雷したレセプタ１１から引き下げ導線２１、ハブ４を経てブラシ及び放電ギャップを介してフレーム９、タワー６、接地線１１に流れる。前記発電機８には電力線１０が前記タワー６に沿って配置されている。１１は接地線である。尚この場合前記ハブ４とナセル５とは機械的に開放された構造で、従ってハブ４の回転は発電機軸７でのみ発電機８に伝達される構造となっている。

次に図１、図２を参照して本発明落雷管理システムにつき説明するに、前記ブレード３１、３２、３３には落雷センサ１１１１、１１１２、１１１３が機械的に取り付けられていてこの落雷センサ１１１１、１１１２、１１１３で正確に検出された落雷信号は落雷の「有り」、「無し」信号、機械的無接触状態（光・無線信号）として落雷信号中継器１１２を経てタワー６の基礎付近に設置した落雷電流計測装置１１５に送られる。落雷信号中継器１１２と落雷電流計測装置１１５は
電気的に絶縁し通信を行う。

この送信によって落雷電流計測装置１１５で計測されたデータと同期して前記ブレード３１，３２，３３の落雷ブレードを特定し、定量的な落雷規模（落雷時刻、落雷電流波形、電荷量）を計測することができる。又、この落雷規模より、風力発電設備の運転継続、或はレセプタ、SPD等の消耗品の要否等を知ることができる。これらの落雷規模は通信装置により遠隔地と通信できる。１１３は光ケーブルで落雷信号中継器１１２から落雷電流計測装置１１５に落雷信号を送る光ケーブル、１１４はロゴスキーコイルである。

図２は全体システムをブロックで示したもので、各ブレード３１、３２、３３に配置した落雷センサ１１１１、１１１２、１１１３からの落雷の「有り」、「無し」信号は光通信によってナセル５内の落雷信号中継器１１２に送られる。この場合点線で示したものは落雷センサ１１１１、１１１２、１１１３からの落雷信号を表している。

前記落雷信号中継器１１２に入力した落雷信号はタワー６内の光ケーブル１１３を通って前記ロゴスキーコイル１１４に接続した落雷電流計測装置１１５に送られる。落雷電流計測装置１１５は公衆回線（携帯電話網）や構内LANに接続し、これ等に接続された運転制御所等の遠隔地に落雷規模を通信することによって風力発電設備への落雷規模を把握し、保守管理が可能な通信ポートを設ける。

次に落雷がブレード３１にあった場合、前記落雷センサ１１１１が落雷を検知し、これを光・無線通信で落雷信号中継器１１２（真直ぐ点線で示す）に落雷を検知したブレード番号をおくる。落雷信号中継器１１２は落雷ブレードに関する信号を光信号に変換しこれをサージ電流に影響されない光ケーブル１１３を通じて落雷電流計測装置１１５に送る。この落雷電流計測装置１１５に接続したロゴスキーコイル１１４でタワーに流れる落雷電流を計測し落雷センサ１１１１からの信号と同期して落雷計測装置１１５に落雷電流波形と落雷時刻が記録される。前記落雷計測装置１１５に設けた通信ポートにより、遠隔地に落雷規模を通信することが可能となる。

又、この場合落雷電流の流れる順はレセプタ１１→引き下げ導体２１（ブレード沿面、落雷センサで落雷ブレードを検知）→ハブ４（ブラッシ、ギャップで電流を流す）→ナセル５→タワー６（ロゴスキーコイル１１４で落雷電流を計測）→接地線１１となる。

本実施例は落雷センサ、落雷信号中継器は電池駆動の独立電源とし、通信は電気的に絶縁された機械的無接触な光通信とする。この為サージによる機器の損傷、或は計測不能状況を一掃した構成としたので計測データは信頼できるものである。更に落雷計測装置は通信ポートを設けることにより遠隔地通信ができるものである。

本発明は、既述したしたような通信系統の他、電話ライン系統や電力系統の電力ケーブル等のライン等にも広範に応用可能である。

１１、１２、１３レセプタ
２１、２２、２３引き下げ導体
３１、３２、３３ブレード
４ハブ
５ナセル
６タワー
７発電機軸
８発電機
９フレーム
１０電力線
１１接地線
１１１１、１１１２、１１１３落雷センサ
１１２落雷信号中継器
１１３光ケーブル
１１４ロゴスキーコイル
１１５落雷電流計測装置

Claims

風力発電設備の落雷管理システムであって、回転可能の複数のブレードに設置された複数の落雷有無を感知する落雷センサと、このブレードの回転機能を伝えるナセル内に設置され前記落雷センサとは機械的無接触で電気的或は光学的に通信をする落雷信号中継器と、該落雷中継器から信号が接続され且つ前記落雷センサとの通信は電気的絶縁状態にあって風力発電設備近傍の地上に設置された落雷電流計測装置と、感知された落雷規模を示すデータを遠隔に迅速に通信する装置とからなることを特徴とする落雷管理システム。