風力發電系統中常見問題及對策

樊敏

（太原理工大學期刊中心，太原 030024）

風力發電系統中常見問題及對策

樊敏

（太原理工大學期刊中心，太原 030024）

風能從能源安全，保護環境等方面已成為替代能源的首選。風電直流系統由蓄電池、充電設備、微機絕緣監測裝置、饋線柜構成，大量用于控制回路、繼電保護裝置、信號回路、事故照明回路。作為保證重要大型設備安全的動力設備，其重要性不言而喻，通過對風力發電直流系統設備調試檢測、接地故障進行分析，提出了防范措施，以保證風力發電設備安全穩定運行。

風力發電；直流系統；絕緣監測；防范措施

風電是目前除水電外技術最成熟、最具規模化發展前景的可再生能源。根據中國氣象局組織的第三次全國風能資源普查結果，我國可開發風能總儲量約有43.5億kW。2008年我國風能新增裝機容量達到630萬kW，總裝機容量達到1 221萬kW，成為世界第四的風電大國，在新能源產業的各子行業中，風電將是未來發展的重點。風電的發展需要有雄厚的技術實力和強大的風電設備制造業為支撐。目前我國大多數風電制造商都是通過引進技術進入風電領域，仍處于由“技術引進和消化吸收”轉向“自主創新”的初期階段。目前被閑置的風電設備不在少數，數據顯示，截至2008年底，風電并網總容量僅為894萬kW，與當年風電總裝機容量相比，意味著有近28%的已建風電設備被閑置。

直流系統在風力發電場系統中占重要的位置，直流電源大量用于控制回路、繼電保護裝置、信號回路及事故照明回路和保證重要大型設備安全的動力設備，因此直流系統分布廣，遍布全場各點。只有完善可靠的直流系統，才能保證風力發電場安全、經濟、穩定運行；只有直流系統調試合格并且定期進行設備檢測，才能保證場站其它設備的順利投入運行。

1 風電直流系統

風電直流系統主要由蓄電池、充電設備、微機絕緣監測裝置、饋線柜構成。

1）蓄電池調試。蓄電池一般選用鉛酸蓄電池，其額定電壓為2 V~2.5 V。為保證蓄電池組的容量，在交付使用、定期容量校核時一般要進行10 h放電的測試，在放電終止時，每一節蓄電池的電壓不得低于1.8 V。為了提高蓄電池的放電性能，完全達到荷電狀態要進行初充電。

2）充電設備。充電設備正常運行時承擔著直流電負荷的供電，同時向蓄電池進行補充充電，使蓄電池組以滿容量的裝態備用。新充電設備進行調試、定期設備維護校核蓄電池容量后，首先要設置其輸出電壓和輸出電流的調節范圍，用以滿足蓄電池組充電的需要；其次要保證其恒定輸出電壓及輸出電流，以保證蓄電池組在各種工作方式下安全運行。

3）各饋線設備的檢測。為測量、監視和調整直流電源系統運行狀況及各饋線出現異常時及時發出報警，直流系統設置了監控裝置。在直流系統新投運前檢查時，對安裝測量表計要進行校驗，保證直流系統指示正確，保證巡檢人員及時準確了解設備運行狀況。對監控設備進行調整測試，依據設備各項參數正確設定檢測參數，保證設備發生故障時，能準確發出報警提醒巡檢人員及時發現處理故障或有選擇的切除故障，保證設備安全穩定[1]。

2 微機絕緣監測裝置的原理

微機絕緣監測裝置，能監測出直流系統接地，還可以監測出具體發生接地的直流饋線。其工作原理是，在裝置內有一低頻電壓信號發生器，該信號發生器產生的低頻電壓加在直流母線與地面之間。直流系統饋線回路出現接地故障時，在饋線上流過低頻電流信號，低頻電流信號經輔助電流互感器傳遞給監測儀，經計算判斷出接地饋線及接地電阻的大小。

風電場的直流系統是經高阻接地的接地系統，正常工況下，對地的直流電位正常應等于直流系統電壓的一半。對直流監測裝置的調整、測試，除要現場檢測開關動作可靠，還要求裝置測量電壓表內阻足夠大。如果絕緣監測裝置測量電壓表內阻過小，直流系統在正常條件下已經一點接地，當發生另一點接地時，就構成兩點接地，使站內聯系電網的斷路器拒跳或誤跳。在對直流系統絕緣監測裝置進行調整測試時，應檢測直流表計內阻值是否達到要求。在實際工作中，220 V直流測量電壓表內阻不低于20 kΩ；110 V直流測量電壓表內阻不低于10 kΩ。對每一路直流饋線正、負極分別經一電阻進行模擬接地，檢測絕緣監測裝置是否報警正確，報警支路數與實際接線位置一致[2]。

3 直流系統接地檢查及注意事項

3.1檢測方法

1）逐級檢測方法。目前風電場大都采用一一對應的直流送電方式，每一支路對應一負荷取代直流環網小母線，這樣降低了因直流接地查找故障時失電的設備范圍，也有利于故障的查找。采用直流分屏分級送電，通過各級分屏絕緣監測裝置的報警支路逐級查找，不采用停電的方法就可以找到發生接地的負荷[3]。

2）人工采用萬用表檢測方法。當發生接地故障報警時，首先了解發生報警時，操作哪些設備，對操作設備進行逐個檢測，其次斷開直流饋線后，對直流正、負極分別對地進行測量觀測對地電壓的變化，如果接地現象未消除應立即恢復供電查找下一路，直至確定出接地點所在的負荷。

3.2檢測直流接地饋線回路時注意的問題

1）根據現場實際運行情況、當時的天氣情況及操作情況，判斷接地點可能出現的范圍，以便迅速確定接地點位置。

2）在進行斷電檢測時，應按照先信號后操作回路；先室外后室內的順序。

3）不論接地點是否在斷電回路內，應盡快恢復，一般時間不容許超過3 s。

4）在有保護裝置的負荷中，斷電前應將直流消失后容易誤動的保護退出運行。

3.3接地點的確定及注意事項

在直流系統運行、定期檢測期間，直流系統對地絕緣降低或直接接地的原因，通常是二次線接線錯誤或二次回路導線接線時不按施工規范，使電纜芯線絕緣受損，二次設備絕緣受潮。在查找故障點及處理應注意問題：

1）應有兩人同時進行。

2）應使用帶絕緣的工具，以防止直流短路或另一點接地。

3）應使用高內阻的萬用表或數字萬用表。

4）做好安全措施，防止造成跳閘等事故。

4 防范直流接地系統故障的措施

直流接地故障主要是由于二次電纜絕緣下降或遭到破壞引起，可采取以下措施：

1）規范施工工藝，避免電纜敷設穿管或剝線時損壞電纜絕緣。

2）保證室外端子箱、機構箱密封嚴密，并且保證箱內清潔干燥。

3）保證二次電纜穿管處封堵完好，避免雨水流入破壞絕緣。

4）直流回路不能與交流回路共用同一電纜，否則將影響繼電保護及控制回路的正常運行。

5 結束語

直流系統是保障風電場安全操作及重大設備安全運行的保障電源，在調試、定期檢測過程中應完善細致，保證在出現故障時直流系統可以及時準確做出相應報警。發生接地報警時只有認真分析、熟悉查找直流接地方法才能快速準確處理問題，保證場內設備正常運行，保證電氣設備安全穩定不遺留事故隱患。

[1]李玉海.電力系統主設備繼電保護試驗[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2]孫寶成,徐海明.直流設備檢修[M].北京:中國電力出版社,2003.

[3]蔡旭.直流系統接地故障檢測新原理及裝置[J].華北電力大學學報,1998(1):96-99.

（編輯：武曉平）

表2 試驗臺技術的參數

4 結束語

通過本“兆瓦級機械功率全封閉加載試驗臺”的研制，能夠實現大型輸送機專用變速箱的加載試驗，保證大功率變速箱的制造質量。與電功率試驗臺相比，機械式試驗臺的制造成本僅為其一半，運行成本僅為其1/3。因此，無論制造成本，還是運行成本都較電功率封閉加載試驗臺的成本低，而且在運行過程中有智能維護功能，具有能耗少，效率高，制造成本低，運行穩定性好的特點，適用于齒輪箱制造企業對齒輪箱出廠加載試驗使用，經濟效益顯著。

參考文獻：

[1]胡康.大功率風電齒輪箱試驗臺的關鍵問題研究[D].杭州：浙江大學,2012.

[2]李喜梅,容一鳴.機械式封閉功率流試驗臺原理[J].機械研究與開發,2011,35(9):45-47.

[3]樊世耀,梁新文,曹全水.兆瓦級機械加載器的研發與應用[J].機械工程師,2011(6):26-28.

[4]樊世耀，梁新文，曹全水.兆瓦級機械功率全封閉試驗臺[J].機械傳動,2011,35(9):82-84.

（編輯：薄小玲）

Problem s and Counterm easures in W ind Power Generation System

FAN M in
(Journal Center,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)

Wind energy has become the first choice as an alternative energy in terms of energy security and environmental protection.Consisting of battery,charging equipment,microcomputer insulationmonitoring devices,and feeder cabinets,a large number ofwind power DC systemsare used in the control loops,relay protection devices,signal circuit,and accident lighting circuits.It is essential for power equipment to ensure the safety of important large-scale equipment.Through the debugging and testing of thewind power DC system and the analysis of the ground faults,the countermeasures are put forward to ensure the safe and stable operation of thewind powerequipment.

wind powergeneration;DC system;insulationmonitoring;precautions

TM 612

A

1672-5050（2016）06-064-03 DO I:10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.12.019

2016-10-10

樊敏（1972-），女，山西原平人，大學本科，館員，從事期刊編輯工作。