大型風力發(fā)電機組低壓控制柜技術優(yōu)化方案設計

彭曉蘭

國電聯合動力技術(保定)有限公司 河北 保定 071000

鑒于此,本文從低壓控制柜柜體設計及布局、柜內電纜選型及布線、電氣控制技術三個方面進行介紹,以供參考。

1 低壓控制柜柜體設計及布局

1.1 低壓控制柜柜體設計 低壓控制柜主要分為機艙電氣柜(機艙柜)和塔底電氣柜(塔底柜),適用于低溫環(huán)境,為電氣設備及其配線提供裝配環(huán)境和防護功能,保證電氣設備的正常工作條件。電氣柜需具有合理的尺寸、結構和強度,需配有柜內照明、通風、空氣過濾和加熱設備,為柜體內電氣設備的運行和維護提供必要保障。

低壓控制柜在設計上,根據風電場機組惡劣的工作環(huán)境,尤其是低溫、濕度大等對柜體內部電子、電氣元件有影響的工況,柜內增加了空氣調節(jié)器,通過溫控開關控制啟停,用于加熱、除濕?？紤]到柜體在低溫下的恒溫需求,在柜體內部敷設了保溫棉。

1.2 低壓控制柜柜體布局 低壓控制柜需要實現強電器件與弱電器件分開布置,優(yōu)化器件布置結構,盡量減少電器部件間連接線纜長度。基于該原則,我們分區(qū)布局,將機艙低壓控制柜內電氣元件按電壓等級及用途進行分區(qū)。

400V電源總進線主塑殼斷路器、400V機艙控制柜防雷模塊、分線器等強電電氣元件放置于機艙控制柜左側板,此區(qū)為1區(qū)。

機艙控制柜正背板分為兩部分即左背板與右背板,左背板與右背板中間用走線槽隔開。部分400V及230V設備供電電氣元件放置于左背板,此區(qū)為2區(qū); PLC等一些24V供電電氣元件放置于右背板,此區(qū)為3區(qū)。

還有一些根據現場條件可選的電氣元件我們放置在機艙控制柜右側板,此區(qū)為4區(qū)。

低壓控制柜按照柜內電氣元件電壓等級及用途大概分為以上4個區(qū),這樣布局合理利用了機艙控制柜內安裝空間,強弱電分開,方便布線、走線,避免了信號干擾。

2 低壓控制柜內電纜選型及布線

控制電纜的技術要求如下:

低壓控制電纜選型主要根據所需控制線纜根數來確定,為保證長距離敷設電纜的強度,多芯線中單芯線徑原則上不小于0.75mm2。

學習建議 在解決函數圖象相關的習題中注意f(x)-g(x)=0的零點即為y= f(x)和y=g(x)的圖象交點的橫坐標，另外注意分段函數的作圖方法以及絕對值函數的作圖方法.

導體:導體表面應光潔、無油污、無損傷絕緣的毛刺、銳邊以及凸起或斷裂的單線。20℃時電纜導體的直流電阻應符合技術指標的要求。

絕緣:絕緣采用低密度聚乙烯電纜料,絕緣應緊密擠包在導體上,且應容易剝落而不損傷導體。絕緣表面應光滑,色澤均勻,不應有裂縫及其他損傷。絕緣線芯在20℃時絕緣電阻應不小于5000MΩ·km。

低壓控制柜布線時應滿足:

信號線和電纜線應盡量避免重疊,以免產生干擾。柜內PLC輸入回路的布線盡量不與主回路及其他電壓等級回路的控制線同線槽敷設。

避免將幾根導線接到同一接線柱上,一般元件上的接頭不宜超過2個。當幾個導線接頭接到同一接線柱上時,接觸應平貼、良好。

保證布線線纜的長度合適,不能過長團在線槽中。也不能過短以至于接不上,或剛剛夠接上但線拉的太緊,若振動時會在連接處產生的張力。

3 低壓控制柜電氣控制技術

電氣控制系統用于實現對某個或某些對象的控制,從而保證被控設備安全、可靠地運行,其主要功能有:自動控制、保護、監(jiān)視和測量。

風力發(fā)電機組低壓電氣控制主要由以下幾部分組成:電源供電回路、配電保護回路、信號回路、控制回路(自動與手動模式)、驅動和動作執(zhí)行回路、安全控制和保護回路、接地保護回路、超速測量設備、PLC控制器及相關組件、光纖及附件、交換機、安全鏈、電能質量模塊等。

為了保證風力發(fā)電機組偏航的平穩(wěn)運行,我們采用軟啟動器帶動偏航電機啟動。軟啟動器是一種集軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護于一體的電機控制裝備。實現在整個啟動過程中無沖擊而平滑的啟動電機,而且可根據電動機負載的特性來調節(jié)啟動過程中的各種參數,如限流值、啟動時間等。

為了保證風力發(fā)電機組的安全性,我們采用了時間安全繼電器。之前變槳系統安全鏈的復位由于為了避免死循環(huán)的產生,需要通過PLC延遲給出EFC(變槳功能緊急順槳)使能信號,通過PLC進行這種控制存在一定的風險性,會降低安全等級;采用最新的時間安全繼電器ETR可以更加安全,保證安全系統完全獨立于PLC,可以獲得更高的安全等級。

安全系統采用三個安全級別

Personnel:人員級別

Yaw:偏航系統級別

Turbine.風電機組級別,偏航系統仍然可以運行

安全系統邏輯優(yōu)先于控制系統邏輯,當安全相關的限值被觸發(fā)或控制系統不能保證設備運行于正常狀態(tài)時安全系統被觸發(fā)。對安全系統的硬件沒有具體的要求,但安全系統必須獨立于風力發(fā)電機組控制系統。

一旦安全系統被觸發(fā),安全系統需要迅速動作并使機組進入安全狀態(tài)。在一般情況下,應在變槳系統的協助下降低電機轉速。高速軸剎車只有在緊急停機按鈕被觸發(fā)的情況下才被觸發(fā)。

風力發(fā)電機組控制系統應可以觸發(fā)安全系統的風力發(fā)電機組級別。當控制系統檢測到它已經無法對風機進行控制。如:要求的變槳未被執(zhí)行。控制系統就應觸發(fā)安全系統。

安全系統被觸發(fā)時,控制系統應存儲最終運行狀態(tài)的數據。

變槳系統緊急順槳信號由主控觸發(fā)安全系統,后由安全系統觸發(fā)變槳系統緊急順槳。

在機艙控制柜和塔底控制柜應各設置一個復位按鈕。需要特別注意:風機故障必須由有資質的人員現場清除,當沒有工程師進入到風機內部評估故障時安全系統應不能被復位。實現方法:除非在機組內按一下復位按鈕,否則禁止安全系統復位。

4 結束語

本文對風力發(fā)電機組低壓控制柜柜體設計及布局、柜內電纜選型及布線、電氣控制技術三個方面進行了詳細的介紹,使大型風力發(fā)電機組低壓控制柜技術設計更加優(yōu)化,保證了風力發(fā)電機組運行的穩(wěn)定性與安全性。