風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全與控制方案分析

高明收

【摘 要】目前風(fēng)電場(chǎng)因?yàn)樵谶\(yùn)行管理、技術(shù)質(zhì)量和配套設(shè)施方面存在一定的安全隱患，對(duì)于機(jī)組運(yùn)行的安全產(chǎn)生了一定的影響，被相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注。對(duì)于風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生影響的因素有很多。作為發(fā)電系統(tǒng)的重要構(gòu)成，風(fēng)電機(jī)組的安全穩(wěn)定性對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行的安全具有十分重要的影響。本篇文章對(duì)于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的安全和控制方案進(jìn)行了研究和分析，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)問(wèn)題提出了解決的措施，保證電網(wǎng)的基本安全，降低風(fēng)電安全事故發(fā)生的可能性，發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電的實(shí)際效益，推動(dòng)風(fēng)電機(jī)組的進(jìn)步和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；運(yùn)行安全；分析；

引言

目前，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行技術(shù)還在應(yīng)用和發(fā)展的過(guò)程過(guò)中，風(fēng)電機(jī)組因?yàn)閷?shí)際的工作環(huán)境比較復(fù)雜，在質(zhì)量和安全方面具有一定的問(wèn)題，會(huì)因?yàn)橥ｋ姽收虾图夹g(shù)缺陷導(dǎo)致安全事故的產(chǎn)生，在近些年的發(fā)展中，風(fēng)電機(jī)組發(fā)展的安全隱患逐漸增加，產(chǎn)生了機(jī)艙著火、人員觸電、風(fēng)機(jī)倒塌、大面積脫網(wǎng)等事故。隨著風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用和發(fā)展，系統(tǒng)運(yùn)行逐漸轉(zhuǎn)型，形成穩(wěn)定發(fā)展的趨勢(shì)。針對(duì)這種情況，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的安全進(jìn)行研究和分析，能夠有效的規(guī)避和防范系統(tǒng)潛在的安全隱患和產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)相關(guān)的措施方法，保證機(jī)組運(yùn)行的安全。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行詳情

實(shí)際的工作原理是使葉輪處于迎風(fēng)狀態(tài)，對(duì)于風(fēng)能進(jìn)行吸收最終轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī)，對(duì)于機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，形成電能，最后將變壓器集成到電網(wǎng)中，完成輸出電能的基本任務(wù)。目前風(fēng)電發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的主要方式就是并網(wǎng)運(yùn)行。對(duì)于輸出功率進(jìn)行一定程度的保證，并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)用的是恒速恒頻和變速恒頻的控制方式。為了有效提升風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率和基本質(zhì)量，在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的前提下，通過(guò)變槳控制技術(shù)保證風(fēng)速和葉輪的速度一致，由變電流技術(shù)控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，對(duì)于電能輸出的恒定頻率進(jìn)行保證。變速恒頻成為當(dāng)今階段風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的主要控制方法。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全分析

風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行受到各種復(fù)雜的負(fù)載，外部條件的變化隨時(shí)都在受到威脅。為了提升風(fēng)電機(jī)組的承載能力，選擇用于風(fēng)電機(jī)組制造的材料一般會(huì)經(jīng)過(guò)大量的性能和疲勞試驗(yàn)，然后進(jìn)行篩選。在設(shè)備中的金屬結(jié)構(gòu)部件一般是由高機(jī)械性能材料制成的，在一定程度上能夠耐高溫、低溫，對(duì)于產(chǎn)生的腐蝕和沖擊能夠進(jìn)行抵抗，實(shí)際的使用壽命超過(guò)15年。因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)是全天候自動(dòng)操作設(shè)備，實(shí)際操作的過(guò)程中是自動(dòng)控制的狀態(tài)。目前風(fēng)力渦輪機(jī)控制系統(tǒng)以可編程控制器為中心。PLC，傳感器，控制器和各種執(zhí)行器構(gòu)成了實(shí)際的控制系統(tǒng)。當(dāng)指示器改變時(shí)，PLC處理控制器并發(fā)出命令以完成各種控制功能。除了使用風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能以確保風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行外，目前大多數(shù)單元使用獨(dú)立于傳統(tǒng)操作控制系統(tǒng)的安全鏈保護(hù)系統(tǒng)。安全鏈保護(hù)系統(tǒng)采用單回路結(jié)構(gòu)，所有重要的監(jiān)控點(diǎn)形成單個(gè)回路。當(dāng)機(jī)組有任何異常振動(dòng)，電網(wǎng)異常和極端風(fēng)速時(shí)，安全鏈立即斷開(kāi)，風(fēng)電機(jī)組停止，從而確保設(shè)備的安全性。在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制策略方面，控制技術(shù)可以通過(guò)俯仰功能有效降低單元操作的負(fù)荷，并在機(jī)組停止時(shí)自動(dòng)將葉片角度調(diào)整到最大葉片角度位置，使風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入安全的位置。在制動(dòng)系統(tǒng)中，運(yùn)用三個(gè)獨(dú)立的葉片俯仰機(jī)構(gòu)。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組在極端情況下運(yùn)行時(shí)，通過(guò)緊急羽化將葉片恢復(fù)到最大葉片角度，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能。當(dāng)風(fēng)電機(jī)組靜止時(shí)，負(fù)載遠(yuǎn)小于動(dòng)態(tài)負(fù)載。因此，通過(guò)俯仰和制動(dòng)來(lái)停止風(fēng)電機(jī)組，以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的安全保護(hù)。由風(fēng)和傳動(dòng)系統(tǒng)引起的振動(dòng)對(duì)操作安全性有影響。在自動(dòng)偏航系統(tǒng)中，偏航制動(dòng)器部分地裝載有制動(dòng)負(fù)載，這確保了在偏航期間駕駛室的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。在使用遠(yuǎn)程監(jiān)控和監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)中，可以記錄風(fēng)電場(chǎng)所有單元的詳細(xì)信息，并及時(shí)了解風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，對(duì)于維護(hù)管理人員進(jìn)行提醒，進(jìn)行關(guān)機(jī)處理，保障設(shè)備的安全。

3 針對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全采取的控制措施

3.1 定期維修和檢查設(shè)備

要實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的可靠安全性，就要保證控制系統(tǒng)設(shè)施的狀態(tài)。針對(duì)這種情況，要定期的檢查軟硬件保護(hù)設(shè)施，設(shè)定相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，對(duì)于機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的安全隱患進(jìn)行及時(shí)的消除，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)控和防范。除此之外，對(duì)于相關(guān)設(shè)備要進(jìn)行定期檢修，實(shí)施主動(dòng)預(yù)防檢修措施，例如定期潤(rùn)滑、連接件定期緊固，在巡查和檢修作業(yè)時(shí)遵守安全操作規(guī)程，對(duì)于機(jī)組和人員的基本安全進(jìn)行保障。

3.2 掌控風(fēng)機(jī)的安裝質(zhì)量

對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程中，要合理的控制安裝風(fēng)機(jī)的固件力矩值，尤其是要嚴(yán)格檢查風(fēng)機(jī)的組接元件和電氣線纜接頭緊固力矩，這在一定程度上能夠避免倒塌事故和線路虛接引發(fā)的火災(zāi)事故。

3.3 對(duì)特殊危險(xiǎn)情況采取措施

首先，從機(jī)組安全的角度上來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生的氣候變化以及雷雨電都會(huì)造成威脅。針對(duì)這種情況，要做好雷電的傳導(dǎo)，進(jìn)行過(guò)電保護(hù)，對(duì)于接地系統(tǒng)進(jìn)行一定程度的檢查處理，防止產(chǎn)生雷擊事件。風(fēng)電機(jī)組對(duì)于雷電都具有防護(hù)措施，但仍舊不能避免產(chǎn)生雷擊的可能性。同時(shí)，要提升機(jī)組人員工作的安全意識(shí)，盡管不要在惡劣天氣的情況下接觸風(fēng)機(jī)，要做好安全防護(hù)措施。其次，風(fēng)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，要將風(fēng)速控制在安全工作的范圍內(nèi)，如果風(fēng)機(jī)過(guò)速，對(duì)于機(jī)組的安全就會(huì)產(chǎn)生一定的影響。在這樣的基礎(chǔ)情況下，對(duì)于機(jī)組要進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，避免直接接觸。最后，實(shí)際的運(yùn)行狀況和天氣狀況對(duì)于機(jī)組運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如果天氣比較寒冷、潮濕，葉片就會(huì)結(jié)冰。啟動(dòng)風(fēng)機(jī)前，要對(duì)設(shè)施進(jìn)行處理，保證風(fēng)機(jī)的安全，符合運(yùn)行的要求后才能進(jìn)行相關(guān)工作。為了防止葉片上的冰塊掉下來(lái)傷人，人員要遠(yuǎn)離葉片旋轉(zhuǎn)面下方。

3.4 強(qiáng)化風(fēng)電場(chǎng)管理

一部分風(fēng)電場(chǎng)出現(xiàn)安全事故，分析原因從表面上看是因?yàn)閷?duì)于風(fēng)機(jī)疏于維護(hù)管理造成的，但實(shí)際上是因?yàn)轱L(fēng)電場(chǎng)在執(zhí)行力度上和維護(hù)管理方面的缺失。風(fēng)電機(jī)組是動(dòng)態(tài)運(yùn)行的設(shè)備，強(qiáng)化運(yùn)維管理對(duì)于存在的安全隱患進(jìn)行及時(shí)的消除，對(duì)于機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)和基本安全進(jìn)行一定程度的保障。

3.6 采取積極地消防措施

機(jī)械、電氣故障給對(duì)于風(fēng)電機(jī)組會(huì)產(chǎn)生一定的影響，甚至?xí)l(fā)風(fēng)電火災(zāi)，盡管部分風(fēng)電場(chǎng)針對(duì)這種情況在風(fēng)機(jī)機(jī)艙和塔筒平臺(tái)上上進(jìn)行了滅火器材的配置，但只能起到簡(jiǎn)單的滅火，對(duì)于嚴(yán)重的事故不能進(jìn)行更好的控制。為了合理的控制和預(yù)防火災(zāi)，在無(wú)人值守的情況下，要在容易產(chǎn)生火災(zāi)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)和布置滅火的措施。相關(guān)的專家和學(xué)者對(duì)于防護(hù)風(fēng)電火災(zāi)已經(jīng)加大了研究的力度，逐漸應(yīng)用自動(dòng)化消防系統(tǒng)，提升工作的效率和質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)步和發(fā)展，運(yùn)用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電逐漸普遍化，但實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中也產(chǎn)生了一系列的問(wèn)題，對(duì)于發(fā)電的安全造成了影響。在這之中，最主要的一個(gè)問(wèn)題就是電網(wǎng)以及風(fēng)機(jī)產(chǎn)生故障時(shí)，機(jī)組為了進(jìn)行自我保護(hù)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)化切除故障，但這種方式也影響了系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。目前，對(duì)于智能電網(wǎng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的范圍逐漸擴(kuò)大，風(fēng)機(jī)制造生產(chǎn)制造的技術(shù)也在不斷的進(jìn)步，針對(duì)這種情況，要保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行的安全，通過(guò)合理有效的措施進(jìn)行掌控，開(kāi)發(fā)適用于符合我們國(guó)家發(fā)電特點(diǎn)的風(fēng)電機(jī)組，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向，從整體上提升風(fēng)電運(yùn)行控制的能力。

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（作者單位：上海振華重工啟東海洋工程股份有限公司）