風(fēng)電機(jī)組電氣滑環(huán)接觸不良問(wèn)題的解決方案探究(1)

岳軍

摘要：在當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電中，風(fēng)電機(jī)組是不可缺少的重要組成部分，其運(yùn)行的平穩(wěn)性能夠直接影響到電力生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，因此，要想確保風(fēng)力發(fā)電的更向前發(fā)展，首要任務(wù)就是要提高風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行性能。但是在其實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，卻經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)氣滑環(huán)接觸不良的問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致變槳系統(tǒng)和主控系統(tǒng)之間出現(xiàn)信號(hào)中斷現(xiàn)象，從而不僅影響了機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且給相關(guān)供電企業(yè)也會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，因此，要想改善現(xiàn)狀，就要尋找一條便捷有效的途徑來(lái)對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中這種常見(jiàn)故障問(wèn)題進(jìn)行全面解決。本文也會(huì)針對(duì)電氣滑環(huán)的缺陷原因提出相應(yīng)的解決方案，以便有關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;電氣滑環(huán)接觸不良問(wèn)題;解決方案;研究分析

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，變槳系統(tǒng)是其最重要的元器件之一，主要安裝在機(jī)組輪毅中，可以在機(jī)組運(yùn)行時(shí)隨著電功率及風(fēng)速的變化對(duì)槳葉槳距角進(jìn)行有效調(diào)整，并在與主控系統(tǒng)進(jìn)行良好通信的基礎(chǔ)上，促使槳葉轉(zhuǎn)換到相應(yīng)位置上，進(jìn)而高效穩(wěn)定地完成發(fā)電任務(wù)。由此可見(jiàn)，變槳系統(tǒng)與主控系統(tǒng)有著十分緊密的聯(lián)系，而且兩者的通信質(zhì)量在很大程度上決定了風(fēng)電機(jī)組能否正常運(yùn)行。但是現(xiàn)實(shí)情況卻并非如此，由于大部分風(fēng)電機(jī)組的主控與變槳系統(tǒng)之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式相互聯(lián)系，中間旋轉(zhuǎn)接觸部分采用電氣滑環(huán)相連接，所以一旦電氣滑環(huán)出現(xiàn)接觸不良的情況，勢(shì)必會(huì)影響主控與變槳系統(tǒng)之間的通信效果，進(jìn)而降低風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行效率，因此，為了避免這種情況的發(fā)生，就要對(duì)滑輪接觸不良問(wèn)題進(jìn)行深入分析，并在此基礎(chǔ)上采取針對(duì)性措施進(jìn)行有效處理和解決。

1.電氣滑環(huán)的缺陷原因分析

電氣滑環(huán)內(nèi)部的組成部分主要包括多個(gè)環(huán)道和電刷，其中，環(huán)道會(huì)隨著風(fēng)電機(jī)組輪毅的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，而電刷則依附在環(huán)道上并與其進(jìn)行電氣連接，進(jìn)而形成電氣通道。另外，電氣滑環(huán)的環(huán)側(cè)與變槳系統(tǒng)相連，而電刷一側(cè)與主控系統(tǒng)相連，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)明顯的振動(dòng)反應(yīng)時(shí)，很容易會(huì)導(dǎo)致滑環(huán)內(nèi)部所連接的電纜插針出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致滑環(huán)出現(xiàn)接觸不良的情況。同時(shí)，當(dāng)環(huán)道與電刷長(zhǎng)時(shí)間摩擦后，也會(huì)使環(huán)道上產(chǎn)生一定的磨屑物，這樣就會(huì)對(duì)那些電壓較低以及較弱的通信數(shù)據(jù)信號(hào)造成相應(yīng)的影響，使其在傳送過(guò)程中出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的情況，通信故障由此產(chǎn)生。在對(duì)這種故障問(wèn)題進(jìn)行解決時(shí)，大部分電氣工程師都會(huì)通過(guò)增加滑環(huán)通道數(shù)量的方法來(lái)進(jìn)行處理，這種處理方式雖然具有一定的應(yīng)用成效，但只能暫時(shí)得到緩解，并不能從根本上進(jìn)行消除，長(zhǎng)此以往，還會(huì)再次因滑環(huán)接觸不良而導(dǎo)致變槳和主控系統(tǒng)之間出現(xiàn)通信故障，因此，要想徹底改善現(xiàn)狀，就要對(duì)數(shù)據(jù)無(wú)線通信技術(shù)加大研究力度，進(jìn)而從物理層面出發(fā)實(shí)現(xiàn)主控與變槳系統(tǒng)之間的無(wú)線通信連接，這樣才能有效替代電氣滑環(huán)功能，避免其因接觸不良而影響到主控和變槳系統(tǒng)的通信效果，從而使得風(fēng)電機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。

2.相關(guān)解決方案分析

為有效解決主控和變槳系統(tǒng)的通信質(zhì)量，其關(guān)鍵任務(wù)是利用無(wú)線通信的連接技術(shù)來(lái)取代電氣滑環(huán)的功能，即在原有現(xiàn)場(chǎng)總線連接的基礎(chǔ)上，在滑環(huán)某處多設(shè)置一個(gè)加入無(wú)線通信裝置的斷點(diǎn)，這樣才能保證主控及變槳系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信號(hào)達(dá)到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線傳輸目的，進(jìn)而更好的保障通信效果。

2.1無(wú)線通信設(shè)計(jì)思路分析

在斷點(diǎn)處加入的無(wú)線通信設(shè)備裝置是由無(wú)線通信技術(shù)和單片機(jī)制造形成的線路所組成，其中一組與主控系統(tǒng)連接，另外一組與變槳系統(tǒng)相連接。在數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中，單片機(jī)可以對(duì)與系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面采集，并利用無(wú)線通信技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效識(shí)別和分析，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上對(duì)無(wú)線通信模塊進(jìn)行準(zhǔn)確定義，從而構(gòu)成發(fā)射模式，將通信數(shù)據(jù)調(diào)制成相應(yīng)的無(wú)線發(fā)射信號(hào)，最終通過(guò)天線進(jìn)行無(wú)線傳送。在這一過(guò)程中，單片機(jī)的實(shí)質(zhì)功能是要將無(wú)線通信模塊定義為接收模式，這樣當(dāng)模塊接收到相應(yīng)的無(wú)線信號(hào)后，就可對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并將其恢復(fù)至現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議下的通信數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)而直接傳送至主控或變槳系統(tǒng)中。此外，由于單片機(jī)能夠?qū)Χ丝谶M(jìn)行有效擴(kuò)展，并且會(huì)隨著集成電路的大規(guī)模發(fā)展，豐富芯片功能，所以目前單片機(jī)已成為構(gòu)建各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的可擴(kuò)展接口，但對(duì)于風(fēng)電機(jī)組而言，其主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)之間的現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)通信協(xié)議卻不需要作任何修改，只需將數(shù)據(jù)包傳送給單片機(jī)，這樣單片機(jī)就能可以此為依據(jù)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，并將其傳送給相對(duì)應(yīng)的主控或變槳系統(tǒng)。

2.2無(wú)線通信設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

風(fēng)電機(jī)組在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須對(duì)無(wú)線通信模塊的單片機(jī)引腳與單片機(jī)的控制引腳進(jìn)行合理連接，同時(shí)，單機(jī)片可實(shí)施編程，在編程無(wú)線通信模塊時(shí)要依據(jù)模塊工作時(shí)序波形圖來(lái)編寫(xiě)程序，并在數(shù)據(jù)發(fā)送前，將其中一組無(wú)線通信模塊調(diào)制成發(fā)射模式，另一組調(diào)制成接收模式，并且還要針對(duì)從接收模式狀態(tài)切換成發(fā)射模式狀態(tài)，預(yù)留出相應(yīng)的延遲時(shí)間，這樣待所有數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，無(wú)線通信模塊會(huì)先置于接收模式，直到接收到另一側(cè)的數(shù)據(jù)命令后才能切換成發(fā)射模式，進(jìn)而對(duì)準(zhǔn)備發(fā)射或繼續(xù)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行再一次發(fā)射，并且還要對(duì)這些數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行預(yù)先設(shè)定。另外，風(fēng)電機(jī)組的主控系統(tǒng)在與變槳系統(tǒng)進(jìn)行通信時(shí)，前者一般是在機(jī)組啟機(jī)、停機(jī)或自然風(fēng)速發(fā)生較大變化時(shí)，向變槳系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的指令，而變槳系統(tǒng)則是隨時(shí)、連續(xù)地將各類(lèi)信號(hào)發(fā)送給主控系統(tǒng)，如槳距角度信號(hào)、變槳電機(jī)溫度信號(hào)、備用電池電壓信號(hào)燈，基于此，后者功能可以定義為數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，而前者功能則可定義為數(shù)據(jù)接收裝置[2]。

2.3無(wú)線通信抗干擾設(shè)計(jì)分析

由于風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部空間面積較大，且涉及的各類(lèi)形狀的金屬設(shè)備較多，那么數(shù)據(jù)的傳輸可利用開(kāi)放式短距離無(wú)線通信裝置，促使無(wú)線信號(hào)通過(guò)金屬物表面產(chǎn)生漫反射傳播，進(jìn)而更好地提高信號(hào)強(qiáng)度，避免數(shù)據(jù)包本身以及同步信號(hào)出現(xiàn)丟失的情況，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常運(yùn)行。另外，機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部還包含多種發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，這些設(shè)備在啟停過(guò)程中很容易給無(wú)線通信裝置帶來(lái)較大的干擾，進(jìn)而使其數(shù)據(jù)傳輸效果受到一定的影響，基于此，要想避免這種情況的發(fā)生，就要確保無(wú)線傳輸信號(hào)要具備較強(qiáng)的抗干擾和糾錯(cuò)碼能力，其中，后者功能的實(shí)現(xiàn)可以在單片機(jī)進(jìn)行程序編寫(xiě)時(shí)來(lái)進(jìn)行，尤其是要對(duì)數(shù)據(jù)校驗(yàn)程序的編寫(xiě)提出要為嚴(yán)格的要求，而后者功能的實(shí)現(xiàn)則要從多個(gè)方面進(jìn)行考慮，不僅要對(duì)無(wú)線信號(hào)的發(fā)射功率、頻帶范圍等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，而且還要對(duì)機(jī)艙內(nèi)的各類(lèi)金屬設(shè)備進(jìn)行可靠接地，以便可以確保機(jī)艙各部位都能處在等電位上，這樣才能有效接收無(wú)線信號(hào)，避免對(duì)金屬設(shè)備表面造成漫反射影響。此外，為了對(duì)外界干擾因素進(jìn)行有效屏蔽，減少無(wú)線信號(hào)自身的漫反射干擾，還要將兩個(gè)天線置于同一個(gè)帶接地的圓形金屬容器內(nèi)。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，一旦其電氣滑環(huán)出現(xiàn)接觸不良的情況，就會(huì)影響主控系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)之間的通信效果，進(jìn)而給整個(gè)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行造成很大阻礙。因此，要想避免這種情況的發(fā)生，就要對(duì)主控和變槳系統(tǒng)間的現(xiàn)場(chǎng)總線通信在旋轉(zhuǎn)部位上設(shè)置的電氣滑環(huán)連接方式替換成無(wú)線通信連接方式，這樣既可以避免因電氣滑環(huán)因接觸不良而導(dǎo)致主控和變槳系統(tǒng)之間產(chǎn)生通信中斷問(wèn)題，同時(shí)也能有效降低機(jī)組運(yùn)行能耗，提高主控和變槳系統(tǒng)的抗干擾能力和易于擴(kuò)展、易于集成等應(yīng)用功能，進(jìn)而更好的保障機(jī)組的運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]楊曉林.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組滑環(huán)問(wèn)題研究[J].電力與能源進(jìn)展，2020，（02）：77-78.

[2]柯劍，孟祥瑞，李皎.滑環(huán)故障分析及優(yōu)化方案淺析[J]第三屆中國(guó)風(fēng)電后市場(chǎng)專(zhuān)題研討會(huì)，2019，（08）：32-33.