風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中常見問題及對策

樊敏

（太原理工大學(xué)期刊中心，太原 030024）

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中常見問題及對策

樊敏

（太原理工大學(xué)期刊中心，太原 030024）

風(fēng)能從能源安全，保護(hù)環(huán)境等方面已成為替代能源的首選。風(fēng)電直流系統(tǒng)由蓄電池、充電設(shè)備、微機(jī)絕緣監(jiān)測裝置、饋線柜構(gòu)成，大量用于控制回路、繼電保護(hù)裝置、信號回路、事故照明回路。作為保證重要大型設(shè)備安全的動力設(shè)備，其重要性不言而喻，通過對風(fēng)力發(fā)電直流系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試檢測、接地故障進(jìn)行分析，提出了防范措施，以保證風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

風(fēng)力發(fā)電；直流系統(tǒng)；絕緣監(jiān)測；防范措施

風(fēng)電是目前除水電外技術(shù)最成熟、最具規(guī)模化發(fā)展前景的可再生能源。根據(jù)中國氣象局組織的第三次全國風(fēng)能資源普查結(jié)果，我國可開發(fā)風(fēng)能總儲量約有43.5億kW。2008年我國風(fēng)能新增裝機(jī)容量達(dá)到630萬kW，總裝機(jī)容量達(dá)到1 221萬kW，成為世界第四的風(fēng)電大國，在新能源產(chǎn)業(yè)的各子行業(yè)中，風(fēng)電將是未來發(fā)展的重點。風(fēng)電的發(fā)展需要有雄厚的技術(shù)實力和強(qiáng)大的風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)為支撐。目前我國大多數(shù)風(fēng)電制造商都是通過引進(jìn)技術(shù)進(jìn)入風(fēng)電領(lǐng)域，仍處于由“技術(shù)引進(jìn)和消化吸收”轉(zhuǎn)向“自主創(chuàng)新”的初期階段。目前被閑置的風(fēng)電設(shè)備不在少數(shù)，數(shù)據(jù)顯示，截至2008年底，風(fēng)電并網(wǎng)總?cè)萘績H為894萬kW，與當(dāng)年風(fēng)電總裝機(jī)容量相比，意味著有近28%的已建風(fēng)電設(shè)備被閑置。

直流系統(tǒng)在風(fēng)力發(fā)電場系統(tǒng)中占重要的位置，直流電源大量用于控制回路、繼電保護(hù)裝置、信號回路及事故照明回路和保證重要大型設(shè)備安全的動力設(shè)備，因此直流系統(tǒng)分布廣，遍布全場各點。只有完善可靠的直流系統(tǒng)，才能保證風(fēng)力發(fā)電場安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行；只有直流系統(tǒng)調(diào)試合格并且定期進(jìn)行設(shè)備檢測，才能保證場站其它設(shè)備的順利投入運(yùn)行。

1 風(fēng)電直流系統(tǒng)

風(fēng)電直流系統(tǒng)主要由蓄電池、充電設(shè)備、微機(jī)絕緣監(jiān)測裝置、饋線柜構(gòu)成。

1）蓄電池調(diào)試。蓄電池一般選用鉛酸蓄電池，其額定電壓為2 V~2.5 V。為保證蓄電池組的容量，在交付使用、定期容量校核時一般要進(jìn)行10 h放電的測試，在放電終止時，每一節(jié)蓄電池的電壓不得低于1.8 V。為了提高蓄電池的放電性能，完全達(dá)到荷電狀態(tài)要進(jìn)行初充電。

2）充電設(shè)備。充電設(shè)備正常運(yùn)行時承擔(dān)著直流電負(fù)荷的供電，同時向蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電，使蓄電池組以滿容量的裝態(tài)備用。新充電設(shè)備進(jìn)行調(diào)試、定期設(shè)備維護(hù)校核蓄電池容量后，首先要設(shè)置其輸出電壓和輸出電流的調(diào)節(jié)范圍，用以滿足蓄電池組充電的需要；其次要保證其恒定輸出電壓及輸出電流，以保證蓄電池組在各種工作方式下安全運(yùn)行。

3）各饋線設(shè)備的檢測。為測量、監(jiān)視和調(diào)整直流電源系統(tǒng)運(yùn)行狀況及各饋線出現(xiàn)異常時及時發(fā)出報警，直流系統(tǒng)設(shè)置了監(jiān)控裝置。在直流系統(tǒng)新投運(yùn)前檢查時，對安裝測量表計要進(jìn)行校驗，保證直流系統(tǒng)指示正確，保證巡檢人員及時準(zhǔn)確了解設(shè)備運(yùn)行狀況。對監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行調(diào)整測試，依據(jù)設(shè)備各項參數(shù)正確設(shè)定檢測參數(shù)，保證設(shè)備發(fā)生故障時，能準(zhǔn)確發(fā)出報警提醒巡檢人員及時發(fā)現(xiàn)處理故障或有選擇的切除故障，保證設(shè)備安全穩(wěn)定[1]。

2 微機(jī)絕緣監(jiān)測裝置的原理

微機(jī)絕緣監(jiān)測裝置，能監(jiān)測出直流系統(tǒng)接地，還可以監(jiān)測出具體發(fā)生接地的直流饋線。其工作原理是，在裝置內(nèi)有一低頻電壓信號發(fā)生器，該信號發(fā)生器產(chǎn)生的低頻電壓加在直流母線與地面之間。直流系統(tǒng)饋線回路出現(xiàn)接地故障時，在饋線上流過低頻電流信號，低頻電流信號經(jīng)輔助電流互感器傳遞給監(jiān)測儀，經(jīng)計算判斷出接地饋線及接地電阻的大小。

風(fēng)電場的直流系統(tǒng)是經(jīng)高阻接地的接地系統(tǒng)，正常工況下，對地的直流電位正常應(yīng)等于直流系統(tǒng)電壓的一半。對直流監(jiān)測裝置的調(diào)整、測試，除要現(xiàn)場檢測開關(guān)動作可靠，還要求裝置測量電壓表內(nèi)阻足夠大。如果絕緣監(jiān)測裝置測量電壓表內(nèi)阻過小，直流系統(tǒng)在正常條件下已經(jīng)一點接地，當(dāng)發(fā)生另一點接地時，就構(gòu)成兩點接地，使站內(nèi)聯(lián)系電網(wǎng)的斷路器拒跳或誤跳。在對直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置進(jìn)行調(diào)整測試時，應(yīng)檢測直流表計內(nèi)阻值是否達(dá)到要求。在實際工作中，220 V直流測量電壓表內(nèi)阻不低于20 kΩ；110 V直流測量電壓表內(nèi)阻不低于10 kΩ。對每一路直流饋線正、負(fù)極分別經(jīng)一電阻進(jìn)行模擬接地，檢測絕緣監(jiān)測裝置是否報警正確，報警支路數(shù)與實際接線位置一致[2]。

3 直流系統(tǒng)接地檢查及注意事項

3.1檢測方法

1）逐級檢測方法。目前風(fēng)電場大都采用一一對應(yīng)的直流送電方式，每一支路對應(yīng)一負(fù)荷取代直流環(huán)網(wǎng)小母線，這樣降低了因直流接地查找故障時失電的設(shè)備范圍，也有利于故障的查找。采用直流分屏分級送電，通過各級分屏絕緣監(jiān)測裝置的報警支路逐級查找，不采用停電的方法就可以找到發(fā)生接地的負(fù)荷[3]。

2）人工采用萬用表檢測方法。當(dāng)發(fā)生接地故障報警時，首先了解發(fā)生報警時，操作哪些設(shè)備，對操作設(shè)備進(jìn)行逐個檢測，其次斷開直流饋線后，對直流正、負(fù)極分別對地進(jìn)行測量觀測對地電壓的變化，如果接地現(xiàn)象未消除應(yīng)立即恢復(fù)供電查找下一路，直至確定出接地點所在的負(fù)荷。

3.2檢測直流接地饋線回路時注意的問題

1）根據(jù)現(xiàn)場實際運(yùn)行情況、當(dāng)時的天氣情況及操作情況，判斷接地點可能出現(xiàn)的范圍，以便迅速確定接地點位置。

2）在進(jìn)行斷電檢測時，應(yīng)按照先信號后操作回路；先室外后室內(nèi)的順序。

3）不論接地點是否在斷電回路內(nèi)，應(yīng)盡快恢復(fù)，一般時間不容許超過3 s。

4）在有保護(hù)裝置的負(fù)荷中，斷電前應(yīng)將直流消失后容易誤動的保護(hù)退出運(yùn)行。

3.3接地點的確定及注意事項

在直流系統(tǒng)運(yùn)行、定期檢測期間，直流系統(tǒng)對地絕緣降低或直接接地的原因，通常是二次線接線錯誤或二次回路導(dǎo)線接線時不按施工規(guī)范，使電纜芯線絕緣受損，二次設(shè)備絕緣受潮。在查找故障點及處理應(yīng)注意問題：

1）應(yīng)有兩人同時進(jìn)行。

2）應(yīng)使用帶絕緣的工具，以防止直流短路或另一點接地。

3）應(yīng)使用高內(nèi)阻的萬用表或數(shù)字萬用表。

4）做好安全措施，防止造成跳閘等事故。

4 防范直流接地系統(tǒng)故障的措施

直流接地故障主要是由于二次電纜絕緣下降或遭到破壞引起，可采取以下措施：

1）規(guī)范施工工藝，避免電纜敷設(shè)穿管或剝線時損壞電纜絕緣。

2）保證室外端子箱、機(jī)構(gòu)箱密封嚴(yán)密，并且保證箱內(nèi)清潔干燥。

3）保證二次電纜穿管處封堵完好，避免雨水流入破壞絕緣。

4）直流回路不能與交流回路共用同一電纜，否則將影響繼電保護(hù)及控制回路的正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語

直流系統(tǒng)是保障風(fēng)電場安全操作及重大設(shè)備安全運(yùn)行的保障電源，在調(diào)試、定期檢測過程中應(yīng)完善細(xì)致，保證在出現(xiàn)故障時直流系統(tǒng)可以及時準(zhǔn)確做出相應(yīng)報警。發(fā)生接地報警時只有認(rèn)真分析、熟悉查找直流接地方法才能快速準(zhǔn)確處理問題，保證場內(nèi)設(shè)備正常運(yùn)行，保證電氣設(shè)備安全穩(wěn)定不遺留事故隱患。

[1]李玉海.電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護(hù)試驗[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2]孫寶成,徐海明.直流設(shè)備檢修[M].北京:中國電力出版社,2003.

[3]蔡旭.直流系統(tǒng)接地故障檢測新原理及裝置[J].華北電力大學(xué)學(xué)報,1998(1):96-99.

（編輯：武曉平）

表2 試驗臺技術(shù)的參數(shù)

4 結(jié)束語

通過本“兆瓦級機(jī)械功率全封閉加載試驗臺”的研制，能夠?qū)崿F(xiàn)大型輸送機(jī)專用變速箱的加載試驗，保證大功率變速箱的制造質(zhì)量。與電功率試驗臺相比，機(jī)械式試驗臺的制造成本僅為其一半，運(yùn)行成本僅為其1/3。因此，無論制造成本，還是運(yùn)行成本都較電功率封閉加載試驗臺的成本低，而且在運(yùn)行過程中有智能維護(hù)功能，具有能耗少，效率高，制造成本低，運(yùn)行穩(wěn)定性好的特點，適用于齒輪箱制造企業(yè)對齒輪箱出廠加載試驗使用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡康.大功率風(fēng)電齒輪箱試驗臺的關(guān)鍵問題研究[D].杭州：浙江大學(xué),2012.

[2]李喜梅,容一鳴.機(jī)械式封閉功率流試驗臺原理[J].機(jī)械研究與開發(fā),2011,35(9):45-47.

[3]樊世耀,梁新文,曹全水.兆瓦級機(jī)械加載器的研發(fā)與應(yīng)用[J].機(jī)械工程師,2011(6):26-28.

[4]樊世耀，梁新文，曹全水.兆瓦級機(jī)械功率全封閉試驗臺[J].機(jī)械傳動,2011,35(9):82-84.

（編輯：薄小玲）

Problem s and Counterm easures in W ind Power Generation System

FAN M in
(Journal Center,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)

Wind energy has become the first choice as an alternative energy in terms of energy security and environmental protection.Consisting of battery,charging equipment,microcomputer insulationmonitoring devices,and feeder cabinets,a large number ofwind power DC systemsare used in the control loops,relay protection devices,signal circuit,and accident lighting circuits.It is essential for power equipment to ensure the safety of important large-scale equipment.Through the debugging and testing of thewind power DC system and the analysis of the ground faults,the countermeasures are put forward to ensure the safe and stable operation of thewind powerequipment.

wind powergeneration;DC system;insulationmonitoring;precautions

TM 612

A

1672-5050（2016）06-064-03 DO I:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.12.019

2016-10-10

樊敏（1972-），女，山西原平人，大學(xué)本科，館員，從事期刊編輯工作。