高原型風力發電機組的優化

劉英杰

（華能大理風力發電有限公司，云南 大理 671000）

1 高原風電場的分布

在經典的風電教科書內，我國的風資源分布以北方地區及西南沿海地區的風資源分布較好，高原地區因風能密度低，不屬于風資源豐富地區，但經過實際的風電運行情況，目前我國云南地區，尤其是以云南省大理州為中心的周邊地區的風資源分布也滿足風電建設的經濟成本分析，以云南省大理州華能大理五子坡風電場為例，測風數據50m高度的年平均風速為 9.5m/s，年平均風功率密度為557W/m2，風功率密度等級屬五級，年有效利用小時數大于 8200h，以目前云南地區的上網標桿電價看，該風場建設有著良好的經濟效益及社會效益。從目前的風電建設規劃看，云貴地區以及西藏、新疆地區將大力開發風能資源，而這部分風電場均屬于高原風場。

2 高原風電場環境特點

以云南地區為例，風電場多分布于各地區的山脈山脊上，此處海拔高度多在 2500-3400之間，云南地區紫外線照射強烈，山脊為霧氣多發地段，空氣稀薄影響設備的絕緣、散熱性能。

3 高原風電場風力發電機組解決方案

由于高原地區的特殊環境條件，高原風電場要對風機設備進行優化，才能滿足機組在高原地區的安全穩定運行。五子坡風電場的高原型風機進行了一下幾個方面的優化。五子坡風電場采用南車株洲電力機車研究所有限公司生產的WT1500-C高原型風力發電機組，該機型為適應云南地區高原氣候環境條件有針對性的進行機組設計和技術改造。主要表現在以下幾個方面。

3.1 電氣元件的性能優化

針對高原環境氣候特點，根據國標 GB/T 20645-2006（特殊環境條件高原用低壓電器技術要求）和國標GB/T 22580-2008（特殊環境條件高原電氣設備技術要求 低壓成套開關設備和控制設備），對所有電氣產品的電氣距離、絕緣電壓、工頻耐壓、沖擊耐壓均按表1進行相應修正處理應用，對所有電氣元件進行降容應用，如斷路器、繼電器、接觸器、電源等的容量，按表2進行校核其容量。對不滿組高原運行的電氣元件進行更換或對電壓進行相應的調整。例如將常規風機出口電壓為690V改為620V輸出。

表1 電氣間隙和爬電距離修正系數

表2 斷路器、繼電器、接觸器等參數的修正系數

3.2 電控系統優化

1）采用高原戶外型PLC系統。

2）增加干式變壓器容量。

3）干式變壓器選型及高海拔、防潮濕措施。

（1）干式變壓器選型：建議選SC系列的，該系列為環氧樹脂澆注型。

（2）針對高原情況下干式變壓器設計：3600m高海拔條件下的變壓器設計時溫升設計將比正常溫升限值至少降低15%進行電磁計算。

（3）變壓器的絕緣設計，也要考慮增大絕緣尺寸，加包絕緣等，3600m海拔下其絕緣設計要按照比正常耐壓水平提高40%考慮絕緣結構。

（4）防潮濕。潮濕環境下，線圈及導電體處理，并采用真空浸漆工藝浸漬具有良好“三防”性能的高強度無溶劑絕緣浸漬漆。然后表面再按照特殊工藝噴涂具有良好的防潮、防霉、高電氣性能的表面絕緣磁漆。

3.3 發電機優化

發電機進行重新設計，具體如下：

1）改變定、轉子沖片槽形，重新更新設計繞組。

2）針對高海拔特點提高冷卻效果，重新設計水道、風扇、風道等。

3）更新絕緣設計，提高絕緣自然老化壽命。

4）對潤滑脂等材料的理化性能予以重新認定、選擇。

5）圍繞上述各點對零部件的設計進行調整。

3.4 動力系統優化

由于海拔高，空氣稀薄，轉子和定子之間的間隙的導磁能力差，直接影響到電機的額定功率輸出，因此電機高原地區使用也需降容處理。例如：常規風機偏航電機單臺功率2.2kW，共有4臺，總功率為8.8kW。在海拔4000m，電機降容15%來考慮，向上反推電機功率需求：8/(1-15%)=9.4kW，因此，偏航電機功率選定為3kW，四個共12kW，以滿足運行要求。

變槳系統選用的變頻器可以用在海拔4000m的地區，絕緣等級滿足要求，但是考慮到散熱問題，變頻器需要降容使用，以海拔 1000m為基準，每1000m降容 5%，即海拔 4000m高度時需降容3×5%=15%。在高原風機中也應采用容量更高的變頻器。

3.5 防雷優化方案

由于風電場多處于山脊上，屬于雷電多發地帶，為滿足高原型風機的防雷要求，要增加防雷接閃點的數量、增加葉片中的防雷下引導線截面積等。

3.6 防潮優化方案

方案 1：在保證柜體密封效果的前提下，增加機艙控制柜和塔基柜內柜體加熱器的功率（由250W增加到400W），同時增加濕度控制器。在控制系統上電前，開啟柜體加熱器、水熱交換器風扇、機艙控制柜循環風扇，通過水熱交換器除濕，直到濕度降到設定值，才起動控制系統，從而起動風機。此種方案適合凝露不是特別嚴重的情況。

方案 2：若凝露現象特別嚴重，可以在柜體內增加半導體除濕機H2OMIT進行除濕，除濕機將空氣中的氣態水吸入內部冷卻形成液態水通過排水管直接排出柜體外部，降低柜內濕度。

3.7 防紫外線優化方案

1）據資料統計，高原地區紫外線強度比海平面高1.5～2.5倍，高原型風力發電機組機艙罩、輪轂罩除具有防雨、防塵、防鹽蝕等平原風電機組的功能外，其主要組成材料——膠衣的抗紫外線能力需要進行加強。要求選用具有優異抗紫外線老化性能和長久耐候性的高品質膠衣，其膠衣必須通過QUV抗老化儀3000h 紫外線照射測試。

2）增加塔筒、葉片油漆干膜厚度。

4 結論

隨著十二五規劃開展，國家大力開發云貴川地區，經濟高速有序發展，該地區的新能源產業的開發將有效推動經濟的發展，滿足地區經濟發展的能源需求，因此，該地區的高原環境的特殊性，就要求我們要針對該地區的風機等電氣設備進行優化，在設計及建設過程中摸索出高原型風電機組的特性，以滿組風電場的安全穩定運行。

[1]南車株洲電力機車研究所有限公司《WT1500-C高原型風力發電機組直擊雷和感應雷保護技術規范》.

[2]南車株洲電力機車研究所有限公司《WT1500/D82/H65，IEC S類高原型風力發電機組性能說明書》.