風(fēng)力發(fā)電機組運行安全與控制方案分析

高明收

【摘 要】目前風(fēng)電場因為在運行管理、技術(shù)質(zhì)量和配套設(shè)施方面存在一定的安全隱患，對于機組運行的安全產(chǎn)生了一定的影響，被相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域重點關(guān)注。對于風(fēng)電機組產(chǎn)生影響的因素有很多。作為發(fā)電系統(tǒng)的重要構(gòu)成，風(fēng)電機組的安全穩(wěn)定性對于系統(tǒng)運行的安全具有十分重要的影響。本篇文章對于風(fēng)電機組運行的安全和控制方案進行了研究和分析，針對運行過程中產(chǎn)生的相關(guān)問題提出了解決的措施，保證電網(wǎng)的基本安全，降低風(fēng)電安全事故發(fā)生的可能性，發(fā)揮風(fēng)力發(fā)電的實際效益，推動風(fēng)電機組的進步和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電機組；運行安全；分析；

引言

目前，風(fēng)電機組運行技術(shù)還在應(yīng)用和發(fā)展的過程過中，風(fēng)電機組因為實際的工作環(huán)境比較復(fù)雜，在質(zhì)量和安全方面具有一定的問題，會因為停電故障和技術(shù)缺陷導(dǎo)致安全事故的產(chǎn)生，在近些年的發(fā)展中，風(fēng)電機組發(fā)展的安全隱患逐漸增加，產(chǎn)生了機艙著火、人員觸電、風(fēng)機倒塌、大面積脫網(wǎng)等事故。隨著風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用和發(fā)展，系統(tǒng)運行逐漸轉(zhuǎn)型，形成穩(wěn)定發(fā)展的趨勢。針對這種情況，對于風(fēng)電機組運行的安全進行研究和分析，能夠有效的規(guī)避和防范系統(tǒng)潛在的安全隱患和產(chǎn)生的風(fēng)險，通過相關(guān)的措施方法，保證機組運行的安全。

1 風(fēng)力發(fā)電機組運行詳情

實際的工作原理是使葉輪處于迎風(fēng)狀態(tài)，對于風(fēng)能進行吸收最終轉(zhuǎn)化成機械能，轉(zhuǎn)動發(fā)電機，對于機械能進行轉(zhuǎn)化，形成電能，最后將變壓器集成到電網(wǎng)中，完成輸出電能的基本任務(wù)。目前風(fēng)電發(fā)動機運行的主要方式就是并網(wǎng)運行。對于輸出功率進行一定程度的保證，并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機運用的是恒速恒頻和變速恒頻的控制方式。為了有效提升風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率和基本質(zhì)量，在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的前提下，通過變槳控制技術(shù)保證風(fēng)速和葉輪的速度一致，由變電流技術(shù)控制發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩，對于電能輸出的恒定頻率進行保證。變速恒頻成為當今階段風(fēng)力發(fā)電機并網(wǎng)運行的主要控制方法。

2 風(fēng)力發(fā)電機組運行安全分析

風(fēng)電機組運行受到各種復(fù)雜的負載，外部條件的變化隨時都在受到威脅。為了提升風(fēng)電機組的承載能力，選擇用于風(fēng)電機組制造的材料一般會經(jīng)過大量的性能和疲勞試驗，然后進行篩選。在設(shè)備中的金屬結(jié)構(gòu)部件一般是由高機械性能材料制成的，在一定程度上能夠耐高溫、低溫，對于產(chǎn)生的腐蝕和沖擊能夠進行抵抗，實際的使用壽命超過15年。因為風(fēng)力渦輪機是全天候自動操作設(shè)備，實際操作的過程中是自動控制的狀態(tài)。目前風(fēng)力渦輪機控制系統(tǒng)以可編程控制器為中心。PLC，傳感器，控制器和各種執(zhí)行器構(gòu)成了實際的控制系統(tǒng)。當指示器改變時，PLC處理控制器并發(fā)出命令以完成各種控制功能。除了使用風(fēng)電機組控制系統(tǒng)來實現(xiàn)各種控制功能以確保風(fēng)電機組的安全運行外，目前大多數(shù)單元使用獨立于傳統(tǒng)操作控制系統(tǒng)的安全鏈保護系統(tǒng)。安全鏈保護系統(tǒng)采用單回路結(jié)構(gòu)，所有重要的監(jiān)控點形成單個回路。當機組有任何異常振動，電網(wǎng)異常和極端風(fēng)速時，安全鏈立即斷開，風(fēng)電機組停止，從而確保設(shè)備的安全性。在風(fēng)電機組運行控制策略方面，控制技術(shù)可以通過俯仰功能有效降低單元操作的負荷，并在機組停止時自動將葉片角度調(diào)整到最大葉片角度位置，使風(fēng)電機組進入安全的位置。在制動系統(tǒng)中，運用三個獨立的葉片俯仰機構(gòu)。當風(fēng)電機組在極端情況下運行時，通過緊急羽化將葉片恢復(fù)到最大葉片角度，以實現(xiàn)制動功能。當風(fēng)電機組靜止時，負載遠小于動態(tài)負載。因此，通過俯仰和制動來停止風(fēng)電機組，以實現(xiàn)對裝置的安全保護。由風(fēng)和傳動系統(tǒng)引起的振動對操作安全性有影響。在自動偏航系統(tǒng)中，偏航制動器部分地裝載有制動負載，這確保了在偏航期間駕駛室的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)。在使用遠程監(jiān)控和監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)電場中，可以記錄風(fēng)電場所有單元的詳細信息，并及時了解風(fēng)機的運行狀態(tài)。當設(shè)備發(fā)生故障報警時，對于維護管理人員進行提醒，進行關(guān)機處理，保障設(shè)備的安全。

3 針對機組運行安全采取的控制措施

3.1 定期維修和檢查設(shè)備

要實現(xiàn)風(fēng)電機組的可靠安全性，就要保證控制系統(tǒng)設(shè)施的狀態(tài)。針對這種情況，要定期的檢查軟硬件保護設(shè)施，設(shè)定相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，對于機組運行過程中的安全隱患進行及時的消除，對于風(fēng)險進行預(yù)控和防范。除此之外，對于相關(guān)設(shè)備要進行定期檢修，實施主動預(yù)防檢修措施，例如定期潤滑、連接件定期緊固，在巡查和檢修作業(yè)時遵守安全操作規(guī)程，對于機組和人員的基本安全進行保障。

3.2 掌控風(fēng)機的安裝質(zhì)量

對于風(fēng)電場進行建設(shè)的過程中，要合理的控制安裝風(fēng)機的固件力矩值，尤其是要嚴格檢查風(fēng)機的組接元件和電氣線纜接頭緊固力矩，這在一定程度上能夠避免倒塌事故和線路虛接引發(fā)的火災(zāi)事故。

3.3 對特殊危險情況采取措施

首先，從機組安全的角度上來說，產(chǎn)生的氣候變化以及雷雨電都會造成威脅。針對這種情況，要做好雷電的傳導(dǎo)，進行過電保護，對于接地系統(tǒng)進行一定程度的檢查處理，防止產(chǎn)生雷擊事件。風(fēng)電機組對于雷電都具有防護措施，但仍舊不能避免產(chǎn)生雷擊的可能性。同時，要提升機組人員工作的安全意識，盡管不要在惡劣天氣的情況下接觸風(fēng)機，要做好安全防護措施。其次，風(fēng)電機組在實際運行的過程中，要將風(fēng)速控制在安全工作的范圍內(nèi)，如果風(fēng)機過速，對于機組的安全就會產(chǎn)生一定的影響。在這樣的基礎(chǔ)情況下，對于機組要進行遠程操控，避免直接接觸。最后，實際的運行狀況和天氣狀況對于機組運行也會產(chǎn)生一定的影響，如果天氣比較寒冷、潮濕，葉片就會結(jié)冰。啟動風(fēng)機前，要對設(shè)施進行處理，保證風(fēng)機的安全，符合運行的要求后才能進行相關(guān)工作。為了防止葉片上的冰塊掉下來傷人，人員要遠離葉片旋轉(zhuǎn)面下方。

3.4 強化風(fēng)電場管理

一部分風(fēng)電場出現(xiàn)安全事故，分析原因從表面上看是因為對于風(fēng)機疏于維護管理造成的，但實際上是因為風(fēng)電場在執(zhí)行力度上和維護管理方面的缺失。風(fēng)電機組是動態(tài)運行的設(shè)備，強化運維管理對于存在的安全隱患進行及時的消除，對于機組運行的狀態(tài)和基本安全進行一定程度的保障。

3.6 采取積極地消防措施

機械、電氣故障給對于風(fēng)電機組會產(chǎn)生一定的影響，甚至?xí)l(fā)風(fēng)電火災(zāi)，盡管部分風(fēng)電場針對這種情況在風(fēng)機機艙和塔筒平臺上上進行了滅火器材的配置，但只能起到簡單的滅火，對于嚴重的事故不能進行更好的控制。為了合理的控制和預(yù)防火災(zāi)，在無人值守的情況下，要在容易產(chǎn)生火災(zāi)的關(guān)鍵點進行預(yù)測和布置滅火的措施。相關(guān)的專家和學(xué)者對于防護風(fēng)電火災(zāi)已經(jīng)加大了研究的力度，逐漸應(yīng)用自動化消防系統(tǒng)，提升工作的效率和質(zhì)量。

4 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟建設(shè)的進步和發(fā)展，運用風(fēng)力進行發(fā)電逐漸普遍化，但實際的運行過程中也產(chǎn)生了一系列的問題，對于發(fā)電的安全造成了影響。在這之中，最主要的一個問題就是電網(wǎng)以及風(fēng)機產(chǎn)生故障時，機組為了進行自我保護會進行自動化切除故障，但這種方式也影響了系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性。目前，對于智能電網(wǎng)開發(fā)和應(yīng)用的范圍逐漸擴大，風(fēng)機制造生產(chǎn)制造的技術(shù)也在不斷的進步，針對這種情況，要保證風(fēng)機運行的安全，通過合理有效的措施進行掌控，開發(fā)適用于符合我們國家發(fā)電特點的風(fēng)電機組，優(yōu)化經(jīng)濟的發(fā)展方向，從整體上提升風(fēng)電運行控制的能力。

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（作者單位：上海振華重工啟東海洋工程股份有限公司）