[0001] 本发明描述了一种损伤评估装置，其用于评估电连接到风力涡轮机转子叶片的引下线的闪电接收器的损伤程度。本发明还描述了一种损伤评估方法和一种校准方法。

[0002] 风力涡轮机一般配备有防雷系统(LPS)，其包括引下线的网络，该网络用于在雷击的情况下将闪电流安全地引导至地面。一般而言，到地面的电流路径将包括在风力涡轮机的各个区域处的若干引下线，如技术人员将知晓的那样。风力涡轮机的转子叶片由于其暴露的位置而特别容易受到雷击。因此，通常为转子叶片配备至少一个闪电接收器和引下线，以将该接收器电连接到LPS的其余部分。转子叶片引下线会聚在轮毂中，并且桥(例如，一组碳刷)提供从轮毂到地面的闪电路径，例如到机舱中，从机舱到塔架以及从塔架到地面。

[0003] 可假定转子叶片引下线从转子叶片的内根端向外朝向外末梢端延伸。应当理解，闪电接收器被安装在转子叶片的外部处，并且被电连接到引下线。引下线及其接收器在本文中可统称为“转子叶片LPS”。转子叶片LPS可包括以一定间隔附接到引下线的若干接收器，例如靠近末梢端的接收器，以及在末梢和根部之间以一定间隔附接到引下线的多个另外的接收器。接收器的质量可与其距根部的距离成正比，这是因为沿转子叶片向外更远的接收器更有可能吸引雷击。

[0004] 接收器通常是由一种或多种金属或金属合金制成的紧凑块体，并且设计成安全地吸引雷击并形成到引下线的稳固连接，而同时对转子叶片的空气动力学性能具有最小的影响。安装在风力涡轮机转子叶片上的接收器每年可能接收多次雷击，例如数百次，这取决于风力涡轮机的地理位置。对接收器的每次雷击都会导致接收器的快速加热和膨胀，以及金属的一些汽化。接收器还经受环境影响，例如极热、极冷、冰雹的冲击等。最终，任何这样的接收器都将表现出某种损伤。接收器的可靠性最初可能不受轻微损伤的影响，但随后累积的雷击最终会对接收器的功能具有不利影响。当接收器的质量因汽化而已减少到其不再能够为引下线提供安全电流路径的程度时，可能会引起严重的故障。对这种受损接收器的雷击可能导致转子叶片的主体的严重损伤。

[0005] 为此原因，重要的是，定期检查接收器并修理或更换任何受损的接收器，以便避免灾难性故障。由于接收器位于转子叶片的外部上，因此它们的物理状态通常只能由佩戴安全带的技术人员通过目视检查来评估。然而，对转子叶片接收器执行这样的目视检查是危险的、昂贵的和耗时的，使得风力涡轮机维护的这一方面呈现出显著的成本因素。可替代地，可部署配备有摄像机的无人机来获取转子叶片LPS接收器的图像，但难以由此类图像评估接收器损伤的程度。

[0038] 图1示出了常规的风力涡轮机2，其具有气动转子，该气动转子包括安装到轮毂21的三个转子叶片20。发电机被收容在机舱22中，该机舱22被安装在塔架23顶上。为了说明的目的，显示了风力涡轮机的LPS的一组非常简化的闪电引下线20C、23C。这些引下线和风力涡轮机LPS的其他元件一般被布置在内腔中、塔架壁中等，如技术人员将知晓的。在设计良好的LPS中，从雷击到风力涡轮机的任何部分的闪电流将见到基本上直接到地面的路径。

[0039] 图2图示了示例性转子叶片LPS的元件。该图示出了转子叶片20的末梢区域、布置在转子叶片内部中的引下线20C以及处于各种位置S1、S2、S3、S4处的多个接收器20R。处于位置S4处的末梢端接收器20R成形为用于靠近转子叶片20的最外部末梢端安装，并且电连接到引下线20C。处于位置S1‑S3处的若干侧接收器20R成形为用于安装在转子叶片的压力侧或吸力侧上，并且也电连接到引下线20C，可假定该引下线20C安装在转子叶片20的内部中。在转子叶片的使用寿命期间，接收器20R可能会如上所述地劣化。当脉冲被发射到引下线中时，材料蒸发连同任何表面损伤将表现为返回信号(相对于预期信号)的失真。

[0040] 这在图3中图示，其示出了示例性信号形状。该图示出了在其发射点处进入到引下线20C的端部中的高斯脉冲P，以及预期返回信号RE的形状，即在被原始(新)转子叶片LPS的未受损元件反射后的返回信号的形状。该图还示出了在被转子叶片LPS反射后接收到的若干可能的返回信号R1、R2、R3。

[0041] 第一反射信号R1相对于预期返回信号RE仅经历了轻微的失真，使得转子叶片LPS可被认为是健康的。接收器20R各自被分配适当的损伤评估水平，例如：Dgood意指“接收器是健康的”。第二反射信号R2相对于预期返回信号RE经历了轻微的失真，这表明接收器功能正常，但已遭受轻微损伤。每个接收器20R被分配适当的损伤评估水平，例如：Dmild意指“接收器表现出轻微磨损”。第三反射信号R3相对于预期返回信号RE经历了严重失真，这表明至少一个接收器可能不再可靠。对反射信号R3的分析表明，第三位置S3处的接收器20R不再可靠，而其他位置处的接收器已遭受显著水平的磨损。这些接收器被分配适当的损伤评估水平，例如：对于位置S3处的接收器Dfail意指“接收器失效”；并且对于其余接收器为Dpoor。该示例图显示了返回信号的时域表示，但应当理解，损伤水平可从返回信号的时域和频域分析推出。当然，这些损伤评估水平仅作为示例提出，并且可使用任何数量的损伤评估水平来覆盖转子叶片LPS接收器的更广范围的“健康状态”。

[0042] 通过在校准阶段中收集信息，使用该接收器和引下线装置的许多实例，可编制查找表(LUT)，以将此类返回信号的参数与接收器损伤相关联。可通过识别反射信号的参数与LUT条目的参数之间的“最佳匹配”，来选择以上示例中描述的损伤评估水平，如技术人员将知晓的。

[0043] 图4为图示安装在操作的风力涡轮机中的本发明的损伤评估装置1的简化示意图。该图示出了包括脉冲发生器10和返回信号检测器11的测量脉冲模块。测量脉冲模块10、11被连接到转子叶片20的引下线20C，例如借助于50Ω同轴电缆和合适的连接器。脉冲发生器
10被布置成将脉冲P发射到闪电引下线20C的内端20Croot中。返回信号检测器11，例如时域反射计和/或数字采样示波器，被布置成检测反射返回信号R，并且可被实现为报告反射返回信号R的时间延迟和/或反射返回信号R的幅度和/或反射返回信号R的形状。为每个检测到的返回信号R记录这些参数110。

[0044] 在该示例性实施例中，脉冲发生器10将电脉冲P施加到闪电导线(或称为避雷针)20C的内端20Croot。脉冲P，例如高斯脉冲P，在末梢的方向上沿闪电导线20C行进。脉冲P将行进到引下线20C的外端，在那里它被反射。连接到引下线20C的任何接收器20R(例如，在图2的位置S1‑S4处)将以某种方式导致脉冲的失真，该脉冲行进回到引下线20C的内端，在那里它被脉冲检测器11检测为返回信号R。当然，如技术人员将知晓的，引下线本身也将在某种程度上导致返回信号R的失真。

[0045] 接收器损伤评估单元12被配置成基于由返回信号检测器11记录的观察到的反射参数110来估计接收器健康状况。在如这里示出的一个简单的实施例中，观察到的反射参数110可被匹配到如上所述的查找表120中的最接近的对应条目。例如，由返回信号检测器11报告的一组返回信号参数110可被匹配到数据库120中的一组返回信号参数，并且对应的损伤评估水平12R可被识别并报告给操作者或控制器，例如报告给远程风电场操作者4。然后，该操作者可决定是否需要维修计划(例如，损伤评估水平12R被分类为“差(poor)”或“失效(fail)”)或者是否不需要维修计划(例如，损伤评估水平被分类为“良好(good)”或仅“轻微(mild)”)。

[0046] 尽管已采用优选实施例及其上的变型的形式公开了本发明，但将理解的是，对其能够作出许多附加的修改和变型，而不脱离本发明的范围。

[0047] 为清楚起见，要理解的是，贯穿本申请对“一”、“一个”或“一种”的使用不排除复数，并且“包括”不排除其他步骤或元件。