關于提高風力發電機組扭纜安全的若干改進措施

侯志南

摘 要：風力發電機組偏航時主電纜會進行扭纜，因扭纜保護裝置失靈等原因可能會造成主電纜及光纖損壞，馬鞍處的主電纜長期與電纜護圈撞擊碰磨造成短路的現象也時有發生，若不重視可能會釀成事故。本文通過分析該系統的結構特點，針對存在的問題，分析總結常見故障原因，提出若干防范治理措施，以提高風電機組扭纜安全，從而提高風機可靠性。

關鍵詞：風機;扭纜;安全

1概述

近期曾接到有風電場風力發電機組主電纜及光纖損壞的消息，需要更換電纜及光纖，也導致一定損失電量，造成不小經濟損失。為此，筆者專門對該問題進行剖析研究，提出一系列改進措施，以防止該問題發生。

1提高扭纜保護裝置可靠性

風力發電機組不管變頻器位于機艙還是塔下，都需有動力電纜、供電電纜、控制電纜和光纖連接塔上塔下。風機偏航系統的正常偏航動作，會使機艙和塔架之間的連接電纜發生扭絞，扭纜保護裝置用于設置與扭纜方向有關的計數裝置或類似的程序對電纜的扭絞程度進行檢測，是偏航系統必備的保護裝置，通用的做法是使用機艙位置傳感器來檢測機艙偏航的實時角度，在允許偏轉角度范圍內根據其檢測結果執行解纜。

常用的風機扭纜保護普遍都采用了二級保護（外形如圖1，內部結構如圖2），其中第一級保護通常采用利用凸輪控制器內的電位器進行檢測，通過在電位器的兩端加10V的直流電壓，當機艙位置發生變化時電位器中間抽頭相對兩端的電阻隨之發生變化，控制程序根據電壓變化折算出機艙相對于初始位置的偏轉角度，達到設定的偏轉角度時將信號反饋給主控程序執行解纜。第二級保護使用有三對開關的凸輪控制器，包括順時針偏轉凸輪開關（即右偏開關）、中間位置開關和逆時針偏轉凸輪開關（即左偏開關），當風力發電機的機艙沿順時針或逆時針方向偏航轉動達到一定圈數（比如2圈），右偏或左偏開關動作，將信號反饋給主控程序執行相應的解纜程序。

扭纜保護裝置通過上述第一級保護方式可以執行正常的解纜功能，使機組恢復正常運行;但當第一級保護失效未能動作，機艙將繼續偏航，扭纜達到極限后第二級保護設定值，扭纜開關動作，機組緊急停機。

以上裝置雖然考慮了兩級保護，但因同時集成在一個盒子內，信號來源都是通過傳動小齒輪，信號輸出也只有一根電纜，還是存在一定隱患。因此建議加裝一套扭纜保護裝置，安裝在原裝置的對側位置（180°方向），信號輸出回路也單獨敷設，接入機艙控制柜。

2提高偏航電機電源回路的可靠性

通過對扭纜損壞機組的數據分析及現場勘查，發現有的是因左（或右）偏航接觸器一直處于吸合轉態，導致偏航電機一直工作，即使上述扭纜保護裝置發出解纜信號、觸發安全鏈緊急停機，但機艙仍然會過度旋轉造成主電纜損壞，直至偏航電機失電才最終停下。

改進建議一：在原偏航電機開關下部加裝一套接觸器（如圖3的13K3），將13K3的常閉觸點接入偏航接觸器狀態監測回路中，與原左、右偏航接觸器53K8、52K10常閉觸點串聯（如圖4）。這樣就增加了一道保護，假如再發生左（或右）偏航接觸器故障長期吸合，但新增的13K3接觸器還是能正常動作，斷開偏航電機電源，停止偏航，保護扭纜。改進建議二：將偏航接觸器列入定期檢查工作范圍，重點檢查：（1）檢查主觸頭接觸情況，清除觸頭上的油污、花毛或異物，若觸頭燒傷嚴重，則必須更換新觸頭;（2）檢查運動部分是否有卡阻現象;（3）檢查電磁線圈是否有過熱，線圈過熱反映在外表層老化、變色等現象;（4）檢查輔助觸頭接觸情況，正常動作情況。

3提高馬鞍處扭纜安全

風力發電機組設計時考慮機艙偏航電纜會進行扭纜，一般塔上塔下的連接電纜從機艙橋架末端垂直懸空至馬鞍扭纜平臺，大約有9-12米的長度，呈U型布置。當機組偏航或風速較大時候，該處電纜都會晃動，與電纜護圈的相互碰磨，久而久之進而造成電纜磨損短路、接地，影響風機正常運行。

每個風場都采取了不同的措施，保護風電機組馬鞍處扭纜安全，但往往忽略了一點，就是電纜散熱問題。隨著風電機組功率不斷增大，所需主電纜也增大增多，扭纜電纜懸垂段電纜束更緊密，單根電纜周邊的空氣流通小，電纜發熱會較多，夏季高溫尤其嚴重，扭纜若呈麻花狀時中間的電纜根本沒有散熱空間，可能會超溫。因此，在考慮扭纜電纜防磨的同時，也要一并考慮電纜散熱，才能確保主電纜安全運行。

防護風電機組馬鞍處扭纜安全，可以在護圈處的電纜加裝防磨護套，結構如圖5和圖6所示，材質選用阻燃型尼龍，采用雙層設計，這樣可把每一根電纜都均勻分開排列在四周，整體呈空心布置，護套上設計無數散熱孔，這樣可以最大程度保證散熱。具體尺寸可以根據風機護圈尺寸、電纜直徑、電纜根數等參數定制。另外，風機運行中機艙長期振動、晃動，還要定期檢查電纜綁扎線、電纜護圈、電纜護套的狀態，及時發現小缺陷及時處理。

4、結語

文章通過總結系統的結構特點，針對存在的問題，分析總結常見故障原因，提出若干防范治理措施，有效的提高了風電機組扭纜安全與風機的可靠性。

參考文獻：

[1]尚振龍，周舟，馮燦波，等.風力發電機組偏航扭纜保護裝置設計[J].機械工程與自動化，2019，000（002）：18-20.

[2]尚振龍，周舟，馮燦波，等.風力發電機組偏航扭纜保護裝置設計[J].機械工程與自動化，2019，000（002）：18-20.

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