风力发电机组中的安全系统.docx
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风力发电机组中的安全系统
风力发电机组中的安全系统
【日期】2006-12-10【人气】691【作者】包桦【来源】宁夏风力发电场
1.安全系统在风力发电机组运行中的地位
安全生产是我国风电场管理的一项基本原则。
而风电场则主要是由风力发电机组组成，所以风力发电机组的运行安全是风电场最重要的。
控制系统是风力发电机的核心部件，是风力发电机组安全运行的根本保证，
所以为了提高风力发电机组的运行安全性，必须从控制系统的安全性和可靠性设计开始，根据风力发电机组控制系统的发电、输电、运行控制等不同环节的特点，在设备从安装到运行的全部过程中，切实把好安
全质量关，不断寻找提高风力发电机组安全可靠性的途径和方法。
风力发电机组的安全生产是一项安全系统工程，而控制系统是风力发电机组的重要组成部分，它的安全系统构成整个安全系统的一部分，需要以系统论，信息论，控制论为基础，研究人、设备的生产管理，研究事故、预防事故的一门科学。
从系统的观点，纵向从设计、制造、安装、试验、运行、检修进行全面分析，横向从元器件购买，工艺、规程、标准、组织和管理等全面分析最后进行全面综合评价。
目的使风力发电系统各不安全因素减到最小，达到最佳安全状态生产。
2.机组控制装置的安全系统组成
（一）系统组成如图
控制装置的安全系统组成
3.机组控制运行安全保护系统
（1）.大风保护安全系统机组设计有切入风速Vg，停机风速Vt，一般取10分钟25m/s的风速为停机风速；由于此时风的能量很大，系统必须采取保护措施，在停机前对失速型风机，风轮叶片自动降低风能的捕获，风力发电机组组的功率输出仍然保持在额定功率左右，而对于变浆距风机必须调节叶变距角，实
现功率输出的调节，限制最大功率的输出，保证发电机运行安全。
当大风停机时，机组必须按照安全程序
停机。
停机后，风力发电机组组必须90°对风控制。
（2）.参数越限保护风力发电机组组运行中，有许多参数需要监控，不同机组运行的现场，规定越限参数值不同，温度参数由计算机采样值和实际工况计算确定上下限控制，压力参数的极限，采用压力继电
器，根据工况要求，确定和调整越限设定值，继电器输入触点开关信号给计算机系统，控制系统自动辨别
处理。
电压和电流参数由电量传感器转换送入计算机控制系统，根据工况要求和安全技术要求确定越限电
流电压控制的参数。
（3）.电压保护指对电气装置元件遭到的瞬间高压冲击所进行的保护，通常对控制系统交流电源进行隔离稳压保护，同时装置加高压瞬态吸收元件，提高控制系统的耐高压能力。
（4）.电流保护控制系统所有的电器电路（除安全链外）都必须加过流保护器，如保险丝、空气开关。
（5）.振动保护机组设有三级振动频率保护，振动球开关、振动频率上限1、振动频率极限2，当开关动
作时，系统将分级进行处理。
（6）.开机保护设计机组开机正常顺序控制，对于定桨距失速异步风力发电机组采取软切控制限制并网时对电网的电冲击；对于同步风力发电机，采取同步、同相、同压并网控制，限制并网时的电流冲击。
（7）.关机保护风力发电机组组在小风、大风及故障时需要安全停机，停机的顺序应先空气气动制动，然后，软切除脱网停机。
软脱网的顺序控制与软并网的控制基本一致。
（8）.紧急停机安全链保护紧急停机是机组安全保护的有效屏障，当振动开关动作、转速超转速、电
网中断、机组部件突然损坏或火灾时，风力发电机组组紧急停机，系统的安全链动作，将有效的保护系统
各环节工况安全，控制系统在3秒钟左右，将机组平稳停止。
4.电气接地保护系统
（1）.接地的基本概念
A.接地装置
电器设备的任何部分与土壤间作良好的电器连接成为接地，与土壤直接接触的金属体称为接地体。
连接
接地体与电器设备之间的金属导线称为接地线.接地祥和接地体和称为接地装置。
接地在正常情况或事故
情况下，为了保证电器设备的安全运行，必须将电控制系统一点进行接地，如把变压器的中心点接地，称
为工作接地。
B.保护接地
为了防止由于绝缘损坏而造成触电危险，把电器设备不带电的金属外壳用导线和接地装置相连接，控制板、
电动机外壳接地，称为保护接地。
C.接地的作用
保护接地的作用电器设备的绝缘一旦击穿，可见其外壳对地电压限制在安全电压以内，防止
人身触电事故。
保护接零的作用电器设备的绝缘一旦击穿，会形成阻抗很小的短路电路，产生很大的短路电流，
促使熔体在允许时间内切断故障电路，以免发生触电伤亡事故。
工作接地的作用降低人体的接触电压，迅速切断故障设备，降低电器设备和电力线路设计的绝缘水
平。
D.重复接地
在风场中性点接地系统中，中性点直接接地的低压线路，塔筒处（中性点）零线应重复接地；无专用
零线或用金属外皮作零线的低压电缆应重复接地，电缆和架空线在引入建筑物处，如离接地点超过
50M
，
应将零线接地，采用金属管配线时，应将金属管与零线连接后再重复接地，采用塑料管配线时，在管外应
敷设界面不小于
10mm2
的钢线与零线连接后再重复接地。
每一重复接地电阻不超过
10Ω，而电
源（变压器）容量在
100kVA
以下者，每一重复接地电阻不超过
30Ω，但至少要有
3处进行重复接地。
（2）、机组接地保护装置
A、接地体分为人工接地体和自然界接地体。
接地装置应充分利用与大地有可靠连接的自然接地即体塔筒
和地基，但为了可靠接地，可自行设计人工接地体与塔筒和地基相连组成接地网，这样具有较好的防雷电
和大电流、大电压的冲击，同时必须安装绕线环和接地棒的接地设计装置，即接地保护装置。
B、人工接地体不应埋设在垃圾、炉渣和强烈腐蚀性土壤处，埋设时接地体深度不小于0.6m，垂直接地
体长度应不小于
2.5m
，埋入后周围要用新土敦实。
C、接地体连接应采用搭接焊，
搭接长度为扁钢长度的
2倍，并由三个邻边施焊，为园钢直径的六倍，
并
由两面施焊。
接地体与接地线连接，应采用可拆卸的螺栓联结，以便测试电阻。
D、当地下较深处的土壤电阻率较低时，可采用深井或深管式接地体，或在接地坑内填入化学降阻剂。
5.微控制器抗干扰保护系统
（1）抗干扰保护系统组成
抗干扰的基本原则，为了使微机控制系统或控制装置既不因外界电磁干扰的影响而误动作或丧失功能，
也不向外界发送过大的噪声干扰，以免影响其他系统或装置正常工作，所以设计师主要遵循下列三个原则：
A、抑制噪声源，直接消除干扰产生的原因；
B、切断电磁干扰的传递途径，或提高传递途径对电磁干扰的衰减作用，以消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合；
C、加强受扰设备抵抗电磁干扰的能力，降低其噪声灵感度；
（2）、系统的抗干扰设计
在风力发电控制系统中，为了系统稳定可靠地工作，研究干扰对微机控制器系统的影响及采取抗干扰措施
是十分必要的。
在风力发电控制系统或其他电子设备中，一个电路要减少干扰的影响，可以尽量减小干扰源产生的干扰强
度；亦可以切断或降低干扰耦合因素，使干扰强度尽量衰减。
再就是采取各种措施，提高电子线路的抗干
扰能力。
干扰源有的来自系统的外部。
例如，工业电器设备的电火花，高压输电线上的放电；通信设备的电磁波。
太阳辐射。
雷电以及各大功率设备开关时发出的干扰均属于这类干扰。
另一类干扰来自微机应用系统内部。
例如，电源自身产生的干扰；电路中脉冲尖峰或自激振荡；电路之间通过分布电容的耦合产生的干扰，设
备的机械振动产生的干扰；大的脉冲电流通过地线电阻、电源内阻造成的干扰等等均属这一类。
知道干扰来源，我们可在干扰源处采取措施，抑制其产生。
这种措施有时是十分有效的。
在无法控制干扰
源的地方，就必须采取另外措施来下功夫。
6.多重保护安全系统
（1）安全系统硬件的实现
A、主电路保护
B、过压、过流保护
C、瞬态保护
D、防雷保护系统
（2）微机控制器软件的安全设计实现
（3）软件安全设计
大型风电场的通讯及其抗干扰措施简介
【日期】2006-12-10【人气】242【作者】白杰【来源】宁夏风力发电场
目前风电场所采用的风电机组都是以大型并网型机组为主，各机组有自己的控制系统，用来采集自然参数，机组自身数据及状态，通过计算、分析、判断而控制机组的启动、停机、调向、刹车等一系列控制和保护
动作，能使单台风力发电机组实现全部自动控制，无需认为干预。
当这些性能优良的风电机组安装在某一处风电场时，集中监控管理各风机的运行数据、状态、保护装置动作情况、故障类型等，十分重要。
为了实现上述功能，下位机（机组控制机）控制系统应能将机组的数据、状态和故障情况等通过专用的通讯装
置和接口电路与中央控制室的上位计算机通讯，同时上位机应能向下位机传达控制指令，由下位机的控制系统执行相应的动作，从而实现远程监控功能。
根据风电场的实际情况，上、下位机通讯有以下特点：
一台上位机可以控制多台风电机组的运行，属于一对多运行方式；
下位机应能独立运行，并能对上位机通讯；
上、下位机之间的安装距离较远，超过
500M
；
下位机之间的安装距离也较远，超过
100M；
上、下位机之间的通讯软件必须协调一致，并应开发出工业控制专用功能。
风电场监控系统在生产中占有极其重要的地位，
所以其运行的效率和可靠性是一定要确保的。
其主要干扰
源有以下几方面：
1
）工业干扰：
高压交流电场、静电场、电弧、可控硅等；
2
）自然界干扰：
雷电冲击、各种静电放电、磁暴等；
3
）高频干扰：
微波通讯、无线电信号、雷达等。
这些干扰通过直接辐射或由某些电器回路传导进入的方式进入控制系统，干扰控制系统工作的稳定性。
从
干扰的种类来看。
可分为交变脉冲干扰和单脉冲干扰两种，它们均以电或磁的形式干扰系统，从而抗干扰
措施应从以下几个方面着手：
1）在机箱、控制柜的结构上对于上位机来说，要求机箱能有效地防止来自空间辐射的电磁干扰，而且尽可能将所有的电路、电子器件均安装于机箱内。
还应防止由电源进入的干扰，所以应加入电源滤波环节，
同时要求机箱有良好的接地和机房内有良好的接地装置。
2）通讯线路上：
信号传输线路要求有较好的信号传输功能，衰减较小，而且不受外界电磁场干扰，所以应使用屏蔽电缆。
3）通讯方式及电路上：
不同的通讯方式对干扰的抵御能力也不同。
应因地制宜选择最适合的方式。
风机的日常运行与维护
【日期】2005-12-19【人气】654【作者】田聪慧【来源】宁夏风力发电场∷
随着科技的进步，风电事业的不断发展。
宁夏贺兰山风力发电
场的规模也日益扩大，从装机容量2。
04万千瓦逐渐升至9。
18万千瓦，。
伴随着风机种类和数量的增加，新机组的不断投运.风机的日常运行维护也是越来越重要。
现在就风机的运行维护作一下探讨。
一．运行
风力发电机组的控制系统是采用工业微处理器进行控制，一般都由多个CPU并列运行，其自身的抗干扰能力强，并且通过通信线路与计算机相连，可进行远程控制，这大大降低了运行的工作量。
所以风机的运行工作就是进行远程故障排除和运行数据统计分析及故障原因分析。
1.远程故障排除
风机的大部分故障都可以进行远程复位控制和自动复位控制。
风机的运行和电网质量好坏是息息相关的，为了进行双向保护，风机设置了多重保护故障，如电网电压高、低，电网频率高、低等，这些故障是可自动复位的。
由于风能的不可控制性，所以过风速的极限值也可自动复位。
还有温度的限定值也可自动复位，如发电机温度高，齿轮箱温度高、低，环境温度低等。
风机的过负荷故障也是可自动复位的。
除了自动复位的故障以外，其它可远程复位控制故障引起的原因有以下几种：
（1）风机控制器误报故障；
（2）各检测传感器误动作；
（3）控制器认为风机运行不可靠
2．运行数据统计分析
对风电场设备在运行中发生的情况进行详细的统计分析是风电场管理的一项重要内容。
通过运行数据的统计分析，可对运行维护工作进行考核量化，也可对风电场的设计，风资源的评估，设备选型提供有效的理论依据。
每个月的发电量统计报表，是运行工作的重要内容之一，其真实可靠性直接和经济效益挂钩。
其主要内容有：
风机的月发电量，场用电量，风机的
设备正常工作时间，故障时间，标准利用小时，电网停电，故障时间等。
风机的功率曲线数据统计与分析，可对风机在提高
出力和提高风能利用率上提供实践依据。
例如，在对Gamesa风机的功率曲线分析后，我们对个别风机的安装程序进行了调节，
减少了过发故障和发电机温度过高故障，提高了设备的可利用率。
通过对风况数据的统计和分析，我们掌握了各型风机随季节变化的出力规律，并以此可制定合理的定期维护工作时间表，以减少资源的浪费。
3.故障原因分析
我们通过对风机各种故障深入的分析，可以减少排除故障
的时间或防止多发性故障的发生次数，减少停机时间，提高设
备完好率和可利用率。
如对Vestas风机偏航电机过负荷这一故
障的分析，我们得知有以下多种原因导致该故障的发生，首先
机械上有电机输出轴及键块磨损导致过负荷，齿盘断齿发生偏
航电机过负荷，在电气上引起过负荷的原因有软偏模块损坏，
软偏触发板损坏，偏航接触器损坏，偏航电磁刹车工作不正常
等。
又如，在对Gamesa系列风机因电压波动而停机故障。
我们
分析是因电压波动正负定值调的太低所以我们对Gamesa风机安装程序进行了调节。
减少了因电压不稳而发生的故障，提高了设备的可利用率。
二.维护
风力发电机是集电气、机械、空气动力学等各学科于一体的综合产品，各部分紧密联系，息息相关。
风力机维护的好坏直接影响到发电量的多少和经济效益的高低；风力机本身性能的好坏，也要通过维护检修来保持，维护工作及时有效可以发现故障隐患，减少故障的发生，提高风机效率。
风机维护可分为定期检修和日常排故维护两种方式。
1．风机的定期检修维护
定期的维护保养可以让设备保持最佳期的状态，并延长
风机的使用寿命。
定期检修维护工作的主要内容有：
风机联接
件之间的螺栓力矩检查（包括电气连接），各传动部件之间的
润滑和各项功能测试。
风机在正常运行中时，各联接部件的螺
栓长期运行在各种振动的合力当中，极易使其松动，为了不使
其在松动后导致局部螺栓受力不均被剪切，我们必须定期对其
进行螺栓力矩的检查。
在环境温度低于-5℃时，应使其力矩下降到额定力矩的80%进行紧固，并在温度高于-5℃后进行复查。
我们一般对螺栓的紧固检查都安排在无风或风小的夏季，以避
开风机的高出力季节。
风机的润滑系统主要有稀油润滑（或称矿物油润滑）和干油润滑（或称润滑脂润滑）两种方式。
风机的齿轮箱和偏航减速齿轮箱采用的是稀油润滑方式，其维护方法是补加和采样化验，若化验结果表明该润滑油已无法再使用，
则进行更换。
干油润滑部件有发电机轴承，偏航轴承，偏航齿等。
这些部件由于运行温度较高，极易变质，导致轴承磨损，定期维护时，必须每次都对其进行补加。
另外，发电机轴承的补加剂量一定要按要求数量加入，不可过多，防止太多后挤入电机绕组，使电机烧坏。
定期维护的功能测试主要有过速测试，紧急停机测试，液压系统各元件定值测试，振动开关测试，扭缆开关测试。
还可以对控制器的极限定值进行一些常规测试。
定期维护除以上三大项以外，还要检查液压油位，各传感器有无损坏，传感器的电源是否可靠工作，闸片及闸盘的磨损情况等方面。
2.日常排故维护
风机在运行当中，也会出现一些故障必须到现场去处理，这样我们就可顺便进行一下常规维护。
首先要仔细观察风机内的安全平台和梯子是否牢固，有无连接螺栓松动，控制柜内有无糊味，电缆线有无位移，夹板是否松动，扭缆传感器拉环是否磨损破裂，偏航齿的润滑是否干枯变质，偏航齿轮箱、液压油及齿轮箱油位是否正常，液压站的表计压力是否正常，转动部件与旋转部件之间有无磨损，看各油管接头有无渗漏，齿轮油及液压油的滤清器的指示是否在正常位置等。
第二是听，听一下控制柜里是否有放电的声音，有声音就可能是有接线端子松动，或接触不良，须仔细检查，听偏航时的声音是否正常，
有无干磨的声响，听发电机轴承有无异响，听齿轮箱有无异响，听闸盘与闸垫之间有无异响，听叶片的切风声音是否正常。
第三，清理干净自己的工作现场，并将液压站各元件及管接头擦净，以便于今后观察有无泄漏。
虽然上述的常规维护项目并不是很完全，但我们只要每次都能做到认真、仔细，一定能防止出现故障隐患，提高设备的完好率和可利用率。
要想运行维护好风力发电机组，在平时还要对风机相关理论知识进行深入地研究和学习，认真做好各种维护记录并存档，对库存的备件进行定时清点，对各类风机的多发性故障进行深入细致分析，并力求对其做出有效预防。
只有防患于未然，才是我们运行维护的最高境界.
关于风力发电场与电网的关列运行
作者：
武钢点击数：
990更新时间：
2006-6-2
新疆水利厅风能公司达坂城风电场武钢
风电场是应用现代技术对风能资源进行大规模开发利用的一个创举。
目前世界上发达国
家的风力发电已投入了商品化生产阶段，
有些已成为电力生产中的一个重要组成部分。
美国
加州的一个风电场总装机容量达
134×10‘kW，是乌市电网总容量的二倍。
新疆风能公司
达坂城风电场并网风力机总装机容量为
2050kW，自1989年10月正式并网发电到
1990年6
月共向电网输送电量
370×10‘kW．h，单机平均运行小时数已达
4500小时，预计全年可
向电网送电470×10‘kW·h，运行达
6000多小时。
风电场的经济效益也已引起人们的重
视，美国与丹麦合资兴建的风力发电场不仅比水电、核电建设周期短，
投资回收快，而且发
电成本也与油电、核电不相上下
（1987年美国风力发电场的发电成本仅为
7～8美分／kW．h）。
这些事实无一不向人们说明风电场与电力系统联网运行可以充分利用自然界的可再生能源，为人类提供更多的电力。
下面就风电场及风电场与电网的并网运行情况介绍如下。
一、何谓风电场
风力发电场的英文是“Windmil
Fi—eld"或“WindFafm”，其意思是众多的风力机安装
在旷野山坡上，在计算机的统一管理下由几台、
几十台甚至几百台或更多的并网运行的风力
发电机组群体向电网输送强大的动力。
例如新疆水利厅风能公司达坂城风电场地处距乌市
3
5km的达坂城风区，由14台联网运行的风力发电机组经过升压至
35kV与乌市主网中的芨
柳线连接向电网供电。
关于风电场的主结线
风电场的主结线可以有两种形式，一是一台风力机与一台升压变压器连接，二是多台风力机与一台升压变压器连接，根据风电场的总容量大小及距电网的距离可以分为一级升压或
二级升压。
我们新疆达坂城风电场采用六台风力机共用一个变蓝器，为了充分利用风能，风力机之
间必须要有一定的间距，因此在确定风场主结线中变压器位置时须注意以下两点：
（1）电缆
敷设的经济性，
（2）各台风力机至变压器之间电缆的阻抗值尽量接近，风电场中变压器为特
制箱式变压器放置在露天，变压器与控制箱连为一体，高低压出线均在变压器的侧面并被保护在控制箱的内部，这样防尘防雨，改善了工作环境。
三、关于风电场的监控系统
由于风电场单机容量小，数量多，为了确保各台风力机的安全运行，
的计算机监控系统，该系统一般由就地监控（LCS）和中央监控（CMCS
地监控包括如下功能：
风电场设置有先进遥控）两部分组成，就
（1）运行人员可以从就地控制盘前计算机屏幕上了解到的各台风力机的运行状况，如：
该风力机处风速、发电机电压、电流、功率因数、主轴转速、齿轮箱及轴承温度等等。
（2）可以通过控制盘上的键盘，方便地修改风力机的保护定值，如过压保护整定范围，频率保护整定范围，风速极限值的修改等等。
（8）该控制系统能根据自己所检测到的风速、风向情况自动发出开机寻找风向（即自动偏
航）或停机的控制命令，同时还能进行自我诊断风力机是否存在故障是否需要停机。
该系统
还能对电网进行检测，如发现电网电压、频率工作不正常则立即停机，待电网恢复正常后自动起动。
（4）该控制系统具有先进的记录功能，能记录所有发生过的故障或不正常运行状态，并告诉运行人员发生故障的时间。
该系统还能进行产量报告，能记录该风力机的月发电量，
及累计发电量和运行小时数。
中央控制系统设在控制室内，通过监视器我们可以了解到整个风场各台风力机的运行
状况。
中央控制系统除主机外，还有一套备用设备，可供主机故障时投入，两台计算机均配
有打印机，可随时向人们提供所需的报告。
四、关于风电场与电网的并网过程
由于异步发电机并网方法比同步发电机简单而且并网后不会产生振荡和失步问题，因此
目前国内外的风力机基本上均采用异步发电机。
风力机单机容量的发展已由以前的10～3
0kW~0目前的150～400kW，因此在并网方法上，直接并网法由于要产生较大的冲击电流引起电网电压瞬间下降而不被采用，目前比较先进的并网方法为由双向可控硅控制的软投入
法，它使得较大容量的风力机及风电场与电网的并网运行成为可能。
其工作原理如下：
当由
风轮带动的发电机旋转至接近同步转速时
（同步转速取决于电网频率和磁极对数
），发电机出
口空气开关闭合，使发电机经一组双向可控硅与系统连接，双向可控硅的控制角由
180。
至
0逐渐打开，双向可控硅的导通角则由
0至180。
逐渐增大，在电机并网初瞬阶段异步发电
机是作为电动机运行，其转差率逐渐趋于零，
由于转差及双向可控硅导通角的限制，
并网时
冲击很小，可以得到一个非常平滑并网过程，
随着转速的增加并超过同步转速，
电机开始向
电网输送有功，风越大，则电机获得的机械功率越多，转差的绝对值越大，
发出的电也就越
多，在发电机转差率为零时双向可控硅被一组开关短接，
从而结束了风力发电机的并网过程，
同时也开始了向电网的发电过程。
五、关于风电场的输出特性
风速的随机性是影响风能利用的因素之一，但是随着风电事业的发展，及对风电场运行
资料的记录与整理，使得人们对于风速的变化规律有了越来越深刻的了解，因此利用气象资
料来预报风电场的大致出力已经不是十分困难的事情。
那么随着风速的变化风电场的出力是如何变化的呢?
我们说风电场的出力变化也就是每台风力机的输出变化。
风力机叶轮从风中所能获得的最大功率为1/2Vs11其中q为叶轮的最大效率，取值为
0．593，p为空气密
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