強臺風作用下風電機組槳葉角度異常分析

楊興旺　陳偉球

摘 要：我國海岸線廣闊，沿海地區風力資源豐富。但臺風經常登陸東南沿海，給風電機組的正常運行帶來了極大威脅。文章以登陸廣東省的最強臺風“威馬遜”為例，介紹了臺風對廣東粵電湛江徐聞洋前風電場機組槳葉角度造成的影響，對現場數據進行了整理，分析了槳葉角度異常原因，為今后風電場的設計和風電機組控制策略的制定提供了參考。

關鍵詞：臺風；風電機組；槳葉

1 概述

近幾年來，臺風的侵襲對我國東南沿海風電場造成了很大的損失，臺風極值風速大、湍流強度大、風向變化快，直接影響到機組安全。本文結合湛江徐聞洋前風電場的臺風實測數據，對臺風過程中風電機組的各個狀態進行了分析，并指出了槳葉角度異常的原因。

2 臺風案例

廣東粵電湛江徐聞洋前風電場安裝有33臺單機容量為1500千瓦的國產風力發電機組，總裝機容量4.95萬千瓦，于2009年開始并網發電。風機為明陽公司MY1.5MW風機，葉片長度為37.5m。采用SSB公司的變槳控制系統，系統安裝在風力發電機組輪轂內，主要由一個變槳中央控制柜，三個軸控箱，三個電池箱和三個直流電機組成。

2014年7月18日15時30分，2014年第9號臺風“威馬遜”首先在海南省文昌市翁田鎮沿海登陸，后來又于19時30分在廣東省徐聞縣龍塘鎮登陸?！巴R遜”登陸文昌、徐聞時達到超強臺風級別，是1973年以來登陸華南的最強臺風。此次超強臺風登陸時最大風力17級，風速達60米/秒，破壞性極強，并且持續時間較長。此次臺風對徐聞洋前風電場機組造成了一定的影響及損壞，其中在臺風后現場人員對機組進行巡查時，發現2#機組有兩個槳葉不在順槳位置，如圖1所示：

3 數據分析

3.1 各時段數據分析

表1是風電場的數據采集與狀態監測系統記錄下的2#機組在臺風過程中各時段數據：

通過表1分析可知：

（1）7月18日13時02分（進入臺風模式）-7月18日16時00分（線路失電，通訊中斷）期間，槳葉2角度變化值相對較大，前后相差3.46度；

（2）7月18日16時00分（線路失電，通訊中斷）-7月18日17時01分（線路得電，通訊正常）期間，槳葉2角度變化值相對較大，前后相差4.73度；

（3）7月18日17時01分（線路得電，通訊正常）-7月18日17時20分（線路失電，通訊中斷）期間，槳葉2、3角度有較小的變化；

（4）7月18日17時20分（線路失電，通訊中斷）-7月27日09時24分（輪轂通訊正常）期間，槳葉1角度基本沒變化，但槳葉2、3角度變化明顯，前后角度分別至少相差127.03度和154.94度。

3.2 進入臺風模式到線路失電通訊中斷數據分析

7月18日2#機組進入臺風模式到線路失電通訊中斷相關數據趨勢圖如圖2所示。

通過圖2分析可知：

（1）15點07分至15點57分左右，槳葉角度變化較為明顯；

（2）15時14分10秒至15時14分50秒左右，槳葉角度設定值由90度變為85度然后又變回90度，槳葉1、2、3角度也隨之變化，最終槳葉1、2、3角度分別為94.09度、91.21度、91.97度；

（3）15時35分10秒左右，槳葉2角度由90.63度變為85.81度，差值為4.82度，變槳角度設定值為90度，此時風速較大，達到50m/s；

（4）15時42分45秒至43分10秒左右，槳葉角度設定值由90度變為85度然后又變回90度，槳葉1角度由94.06度變為92.79度，差值為1.27度，槳葉2角度由85.09度變為98.93度，差值為13.82度，槳葉3角度無變化；

（5）15時45分45秒至46分10秒左右，槳葉角度設定值由90度變為85度然后又變回90度，槳葉1角度變化值不大，槳葉2角度由98.93度變為95.93度，差值為3度，槳葉3角度無變化。

3.3 得電到再次失電數據分析

臺風過程中2#機組得電到再次失電相關數據曲線如圖3所示：

通過圖3曲線分析可知：

（1）槳葉1角度沒有變化、槳葉2、3角度有較小的變化（<3度）；

（2）18日17點19分45秒，通訊中斷，槳葉1、2、3角度分別為92.87度、90.63度和91.07度。

綜合以上數據分析可知：

臺風過程中，2#機組槳葉隨著其位置的改變在不停的向順槳位置進行調整，但最終機組失電，臺風后槳葉2、3偏離順槳位置。

3.4 現場情況

在臺風到來之前，現場人員采取了以下策略來減少臺風的損失：將風機槳葉緊急順槳到91度，機組處于停機狀態；偏航到機艙與正北夾角位置為180度，使槳葉最小面受力；葉片處于空氣制動狀態，通過程序控制釋放主軸剎車和系統壓力，同時保證偏航剎車的壓力。

在臺風經過之后，檢修人員在現場對2#機組進行檢查時發現以下狀況：

（1）槳葉1在設定的90度位置；槳葉2在200度左右位置；槳葉3在-60度左右位置，與機組通訊恢復后的數據基本一致。

（2）槳葉2、3變槳電池供電接觸器KM1已經燒毀，槳葉2、3變槳電池容量為額定值的50%左右。

（3）采用力矩扳手對槳葉1、2、3變槳電機剎車力矩進行校核，其值為分別為51N·m、49N·m、53N·m，超過48N·m的設計值，故槳葉制動力矩符合設計要求。

4 原因分析

結合臺風經過時2#風電機組數據以及現場狀況對槳葉位置異常原因分析：臺風過程中2#機組槳葉由于受到大風的沖擊，為了防止出現飛車，變槳系統需要在槳葉角度發生變化時不斷將槳葉角度調整到目標值90度的順槳位置。但在機組失電的情況下，變槳系統需要變槳備用電池對其供電，才能完成對槳葉位置的調整，在槳葉不斷進行調整的過程中備用電池電量耗盡，因此槳葉不再受控，造成2#機組槳葉2、3角度臺風過后不在順槳位置。

5 結束語

通過對臺風登陸后，風電機組監測數據和事故現場情況的分析研究，可得到以下結論：

（1）在臺風危害的多發區，電氣系統的設計要充分考慮風機在防臺狀態下的場用電的供電可靠性問題。當風電場電網接入系統在受到強臺風沖擊故障跳閘后，風電場可考慮配備后備的柴油發動機保安電源保證風機還能正常偏航及變槳。

（2）變槳系統的備用電池是極其必要的，可增加備用電池容量，確保變槳系統在臺風持續過程中，失去電網電源的情況下，有足夠的電能來保持槳葉順槳。

本文對臺風“威馬遜”登陸廣東以后，湛江徐聞洋前風電場風電機組槳葉角度異常情況進行了介紹，對其角度異常進行了分析，得到了臺風引起槳葉角度異常的具體原因，為今后風力發電機組槳葉及變槳系統的設計提供了參考。

參考文獻

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