歌美颯G52/58-850kW型風(fēng)機(jī)通信故障診斷及優(yōu)化

◎高偉剛

歌美颯G52/58-850kW型風(fēng)機(jī)通信故障診斷及優(yōu)化

◎高偉剛

歌美颯G52/58-850kW型風(fēng)機(jī)頂部與底部（遠(yuǎn)程監(jiān)控、就地監(jiān)控、頂?shù)撞靠刂破鳎┛刂乒耖g通信采用高透明聚合物的塑料光纖傳輸，信號(hào)傳輸不穩(wěn)定，使頂部控制器與底部控制器之間數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)失真，造成通信故障頻發(fā)，直接影響機(jī)組的發(fā)電量及可利用率。將原塑料材質(zhì)光纖替換為多模玻璃光纖，同時(shí)對(duì)光纖接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可完全滿(mǎn)足機(jī)組通信要求，降低通信故障發(fā)生概率，對(duì)提高機(jī)組安全性、運(yùn)行效率方面效益明顯。

早期歌美颯G52/58-850kW型風(fēng)機(jī)頂部底部控制柜通信采用高透明聚合物型的塑料光纖，存在衰減程度大、傳輸性能隨著運(yùn)行年限的增長(zhǎng)在逐漸衰減、光纖接頭隨環(huán)境溫度變化易變形等缺點(diǎn)，引起數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中信號(hào)失真，造成通信故障頻發(fā)，直接影響機(jī)組的發(fā)電量及可利用率。目前主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)組頂部底部控制柜通信均采用玻璃材質(zhì)的單?；蚨嗄９饫w進(jìn)行通信傳輸，玻璃材質(zhì)光纖具有傳輸頻帶寬、損耗低、抗干擾能力強(qiáng)，傳輸穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)分析論證，將原替換為多模玻璃光纖，同時(shí)對(duì)光纖接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化為V-PIN接頭，可滿(mǎn)足機(jī)組通信要求，信號(hào)傳輸性能穩(wěn)定，通信故障發(fā)生頻率大幅下降（80%）。若根除通信故障的發(fā)生，需更換頂?shù)撞靠刂破骷巴ㄐ殴饫|，改造費(fèi)用較高。

歌美颯風(fēng)機(jī)通信故障基本情況簡(jiǎn)介

某風(fēng)場(chǎng)共安裝60臺(tái)850KW Gamesa機(jī)組，其中40臺(tái)機(jī)組頂部控制柜PLC與底部控制柜CCU之間通信采用塑料光纖。20臺(tái)采用玻璃光纖，自投運(yùn)以來(lái)，未報(bào)警通信故障。采用塑料光纖的40臺(tái)機(jī)組頻繁報(bào)警“通信”故障，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成電量損失，主要通過(guò)復(fù)位、光纖接頭打磨等方式處理，恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行。

歌美颯風(fēng)機(jī)通信故障原因分析

由于通信光纖材質(zhì)為塑料光纖，是由高透明聚合物作為皮層材料，只能傳輸紅色50可見(jiàn)光信號(hào)，在1～10m之間光的衰減程度低，1～100m光的衰減度達(dá)到1/3（實(shí)際頂部底部距離為70m），光纖的傳輸性能隨著機(jī)組運(yùn)行年限的增長(zhǎng)在逐漸衰減，使頂部控制柜內(nèi)PLC與底部控制柜內(nèi)CCU之間的數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)失真，光纖接頭隨環(huán)境溫度變化而熱脹冷縮，導(dǎo)致光纖接頭與CCU、PLC連接處易變形，造成通信故障頻發(fā)，直接影響機(jī)組的發(fā)電量及可利用率。

設(shè)計(jì)方案

因塑料光纖芯包塑料材料的吸收損耗和色散損耗造成了塑料光纖的衰減過(guò)大。在通信過(guò)程中，環(huán)境溫度對(duì)塑料光纖傳輸光信號(hào)性能有直接影響，塑料本身具有良好的延展性，因此在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，隨著動(dòng)力電纜的扭轉(zhuǎn)，會(huì)導(dǎo)致塑料光纖的彎曲、拉伸，使其衰減程度增大，影響光信號(hào)傳輸。

經(jīng)過(guò)仔細(xì)查閱資料，市場(chǎng)調(diào)研，應(yīng)用大孔徑（200um）多模玻璃光纖替代原塑料光纖，同時(shí)采用V-PIN接頭。該光纖傳輸距離遠(yuǎn)，光信號(hào)衰減程度低，傳輸光信號(hào)能力更強(qiáng)，可同時(shí)傳輸50可見(jiàn)紅光及850不可見(jiàn)光，V-PIN接頭采用熱壓工藝，其抗溫性能強(qiáng)。用玻璃光纖替代塑料光纖能夠使得機(jī)組更加穩(wěn)定運(yùn)行，其主要有以下特點(diǎn)：玻璃光纖在光信號(hào)傳輸過(guò)程沒(méi)有電磁泄漏，可避免線路與線路之間的信號(hào)的串?dāng)_；玻璃光纖的傳輸不受外界電磁輻射的影響，而且強(qiáng)度高，抗高溫、大氣侵蝕性能好；玻璃光纖數(shù)值孔徑大、光纖芯徑大、機(jī)械強(qiáng)度高、彎曲性能好，且很容易與光源耦合；玻璃光纖成本低，具有優(yōu)異的傳輸性能。

圖1 光纖對(duì)比圖

應(yīng)用情況

自2016年開(kāi)始，選取一臺(tái)歌美颯機(jī)組發(fā)生通信故障頻率最多的一臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行替代優(yōu)化試驗(yàn)，替代優(yōu)化后的玻璃材質(zhì)光纖滿(mǎn)足通信系統(tǒng)傳輸要求，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，通信故障發(fā)生頻次降低（約80%），提高了機(jī)組的可利用率，減少電量損失，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益明顯，同時(shí)提升了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。目前對(duì)通信故障發(fā)生頻率較高的12臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行替代改造，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。

通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸穩(wěn)定性直接影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行安全，以早期歌美颯風(fēng)機(jī)為例，通信故障不僅影響風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全、同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率及經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生一定影響。通過(guò)替代光纖及優(yōu)化光纖連接接頭，降低了故障發(fā)生頻率，對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益、降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度、保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行效果明顯，今后將繼續(xù)應(yīng)用于歌美颯風(fēng)機(jī)通信故障發(fā)生頻率較高機(jī)組中。

（作者單位：寧夏銀星能源股份有限公司）