關(guān)于提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組扭纜安全的若干改進(jìn)措施

侯志南

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航時(shí)主電纜會(huì)進(jìn)行扭纜，因扭纜保護(hù)裝置失靈等原因可能會(huì)造成主電纜及光纖損壞，馬鞍處的主電纜長(zhǎng)期與電纜護(hù)圈撞擊碰磨造成短路的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，若不重視可能會(huì)釀成事故。本文通過分析該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)存在的問題，分析總結(jié)常見故障原因，提出若干防范治理措施，以提高風(fēng)電機(jī)組扭纜安全，從而提高風(fēng)機(jī)可靠性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī);扭纜;安全

1概述

近期曾接到有風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主電纜及光纖損壞的消息，需要更換電纜及光纖，也導(dǎo)致一定損失電量，造成不小經(jīng)濟(jì)損失。為此，筆者專門對(duì)該問題進(jìn)行剖析研究，提出一系列改進(jìn)措施，以防止該問題發(fā)生。

1提高扭纜保護(hù)裝置可靠性

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不管變頻器位于機(jī)艙還是塔下，都需有動(dòng)力電纜、供電電纜、控制電纜和光纖連接塔上塔下。風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)的正常偏航動(dòng)作，會(huì)使機(jī)艙和塔架之間的連接電纜發(fā)生扭絞，扭纜保護(hù)裝置用于設(shè)置與扭纜方向有關(guān)的計(jì)數(shù)裝置或類似的程序?qū)﹄娎|的扭絞程度進(jìn)行檢測(cè)，是偏航系統(tǒng)必備的保護(hù)裝置，通用的做法是使用機(jī)艙位置傳感器來檢測(cè)機(jī)艙偏航的實(shí)時(shí)角度，在允許偏轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)根據(jù)其檢測(cè)結(jié)果執(zhí)行解纜。

常用的風(fēng)機(jī)扭纜保護(hù)普遍都采用了二級(jí)保護(hù)（外形如圖1，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2），其中第一級(jí)保護(hù)通常采用利用凸輪控制器內(nèi)的電位器進(jìn)行檢測(cè)，通過在電位器的兩端加10V的直流電壓，當(dāng)機(jī)艙位置發(fā)生變化時(shí)電位器中間抽頭相對(duì)兩端的電阻隨之發(fā)生變化，控制程序根據(jù)電壓變化折算出機(jī)艙相對(duì)于初始位置的偏轉(zhuǎn)角度，達(dá)到設(shè)定的偏轉(zhuǎn)角度時(shí)將信號(hào)反饋給主控程序執(zhí)行解纜。第二級(jí)保護(hù)使用有三對(duì)開關(guān)的凸輪控制器，包括順時(shí)針偏轉(zhuǎn)凸輪開關(guān)（即右偏開關(guān)）、中間位置開關(guān)和逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)凸輪開關(guān)（即左偏開關(guān)），當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)艙沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向偏航轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到一定圈數(shù)（比如2圈），右偏或左偏開關(guān)動(dòng)作，將信號(hào)反饋給主控程序執(zhí)行相應(yīng)的解纜程序。

扭纜保護(hù)裝置通過上述第一級(jí)保護(hù)方式可以執(zhí)行正常的解纜功能，使機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行;但當(dāng)?shù)谝患?jí)保護(hù)失效未能動(dòng)作，機(jī)艙將繼續(xù)偏航，扭纜達(dá)到極限后第二級(jí)保護(hù)設(shè)定值，扭纜開關(guān)動(dòng)作，機(jī)組緊急停機(jī)。

以上裝置雖然考慮了兩級(jí)保護(hù)，但因同時(shí)集成在一個(gè)盒子內(nèi)，信號(hào)來源都是通過傳動(dòng)小齒輪，信號(hào)輸出也只有一根電纜，還是存在一定隱患。因此建議加裝一套扭纜保護(hù)裝置，安裝在原裝置的對(duì)側(cè)位置（180°方向），信號(hào)輸出回路也單獨(dú)敷設(shè)，接入機(jī)艙控制柜。

2提高偏航電機(jī)電源回路的可靠性

通過對(duì)扭纜損壞機(jī)組的數(shù)據(jù)分析及現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)有的是因左（或右）偏航接觸器一直處于吸合轉(zhuǎn)態(tài)，導(dǎo)致偏航電機(jī)一直工作，即使上述扭纜保護(hù)裝置發(fā)出解纜信號(hào)、觸發(fā)安全鏈緊急停機(jī)，但機(jī)艙仍然會(huì)過度旋轉(zhuǎn)造成主電纜損壞，直至偏航電機(jī)失電才最終停下。

改進(jìn)建議一：在原偏航電機(jī)開關(guān)下部加裝一套接觸器（如圖3的13K3），將13K3的常閉觸點(diǎn)接入偏航接觸器狀態(tài)監(jiān)測(cè)回路中，與原左、右偏航接觸器53K8、52K10常閉觸點(diǎn)串聯(lián)（如圖4）。這樣就增加了一道保護(hù)，假如再發(fā)生左（或右）偏航接觸器故障長(zhǎng)期吸合，但新增的13K3接觸器還是能正常動(dòng)作，斷開偏航電機(jī)電源，停止偏航，保護(hù)扭纜。改進(jìn)建議二：將偏航接觸器列入定期檢查工作范圍，重點(diǎn)檢查：（1）檢查主觸頭接觸情況，清除觸頭上的油污、花毛或異物，若觸頭燒傷嚴(yán)重，則必須更換新觸頭;（2）檢查運(yùn)動(dòng)部分是否有卡阻現(xiàn)象;（3）檢查電磁線圈是否有過熱，線圈過熱反映在外表層老化、變色等現(xiàn)象;（4）檢查輔助觸頭接觸情況，正常動(dòng)作情況。

3提高馬鞍處扭纜安全

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)考慮機(jī)艙偏航電纜會(huì)進(jìn)行扭纜，一般塔上塔下的連接電纜從機(jī)艙橋架末端垂直懸空至馬鞍扭纜平臺(tái)，大約有9-12米的長(zhǎng)度，呈U型布置。當(dāng)機(jī)組偏航或風(fēng)速較大時(shí)候，該處電纜都會(huì)晃動(dòng)，與電纜護(hù)圈的相互碰磨，久而久之進(jìn)而造成電纜磨損短路、接地，影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。

每個(gè)風(fēng)場(chǎng)都采取了不同的措施，保護(hù)風(fēng)電機(jī)組馬鞍處扭纜安全，但往往忽略了一點(diǎn)，就是電纜散熱問題。隨著風(fēng)電機(jī)組功率不斷增大，所需主電纜也增大增多，扭纜電纜懸垂段電纜束更緊密，單根電纜周邊的空氣流通小，電纜發(fā)熱會(huì)較多，夏季高溫尤其嚴(yán)重，扭纜若呈麻花狀時(shí)中間的電纜根本沒有散熱空間，可能會(huì)超溫。因此，在考慮扭纜電纜防磨的同時(shí)，也要一并考慮電纜散熱，才能確保主電纜安全運(yùn)行。

防護(hù)風(fēng)電機(jī)組馬鞍處扭纜安全，可以在護(hù)圈處的電纜加裝防磨護(hù)套，結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，材質(zhì)選用阻燃型尼龍，采用雙層設(shè)計(jì)，這樣可把每一根電纜都均勻分開排列在四周，整體呈空心布置，護(hù)套上設(shè)計(jì)無數(shù)散熱孔，這樣可以最大程度保證散熱。具體尺寸可以根據(jù)風(fēng)機(jī)護(hù)圈尺寸、電纜直徑、電纜根數(shù)等參數(shù)定制。另外，風(fēng)機(jī)運(yùn)行中機(jī)艙長(zhǎng)期振動(dòng)、晃動(dòng)，還要定期檢查電纜綁扎線、電纜護(hù)圈、電纜護(hù)套的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)小缺陷及時(shí)處理。

4、結(jié)語

文章通過總結(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)存在的問題，分析總結(jié)常見故障原因，提出若干防范治理措施，有效的提高了風(fēng)電機(jī)組扭纜安全與風(fēng)機(jī)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]尚振龍，周舟，馮燦波，等.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航扭纜保護(hù)裝置設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2019，000（002）：18-20.

[2]尚振龍，周舟，馮燦波，等.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航扭纜保護(hù)裝置設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2019，000（002）：18-20.

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