浙江某山地風(fēng)電場(chǎng)特點(diǎn)

王超　蘭連軍　李陽(yáng)春

1場(chǎng)區(qū)概況

場(chǎng)區(qū)地形主要是山地，海拔高度1300～1570m，場(chǎng)區(qū)內(nèi)以灌木為主，場(chǎng)區(qū)粗糙度較小。該地屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤(rùn)，光照充足，四季分明，冬暖夏涼。風(fēng)電場(chǎng)采用單母線接線方式，經(jīng)箱變將風(fēng)機(jī)出口電壓690V升壓至35kV，通過(guò)35kV集電線路（電纜）至110kV升壓站后，再通過(guò)高壓架空線路輸送至電網(wǎng)。風(fēng)電場(chǎng)共有兩條集電線路，風(fēng)機(jī)布置比較分散，主要分布于各山頂或山脊上。

2風(fēng)機(jī)情況

單機(jī)容量2MW，共計(jì)20臺(tái)，總裝機(jī)容量40MW。風(fēng)輪直徑為115m，屬于IECⅢC類，輪轂高度80m，切入風(fēng)速2.5m/s，額定風(fēng)速9.2m/s，3s平均切出風(fēng)速30m/s，10min平均切出風(fēng)速25m/s，該場(chǎng)2016年11月11日第一臺(tái)風(fēng)機(jī)并網(wǎng)，于2017年05月20日20臺(tái)風(fēng)機(jī)全部投產(chǎn)。

3風(fēng)資源情況

2017年6月至2019年7月月發(fā)電量和月平均風(fēng)速變化情況如圖1所示。由圖可知：

（1）風(fēng)速年內(nèi)的分布較不均勻，變化范圍較大，結(jié)合可研數(shù)據(jù)來(lái)看，12月、1～3月風(fēng)速較大、受臺(tái)風(fēng)影響的月份風(fēng)速較大，從圖1可知?dú)v史風(fēng)速最大月是2月，為5.54m/s，最小風(fēng)速是11月，為3.88m/s。

（2）2017年10月發(fā)電量與2018年同期相比，高出418.73萬(wàn)kWh，原因是10月份風(fēng)場(chǎng)共受三個(gè)臺(tái)風(fēng)影響，臺(tái)風(fēng)期間日平均風(fēng)速8.5～9.9/s，日發(fā)電量72.39～83.08萬(wàn)kWh，累計(jì)天數(shù)6天。

（3）2018年期間1月平均風(fēng)速最大，但發(fā)電量（895.75萬(wàn)kWh）卻不如3月（907.04萬(wàn)kWh）的高，主要原因在于1月份受凝凍天氣影響，造成部分風(fēng)機(jī)停機(jī)。

（4）2019年上半年2月發(fā)電量最高（1100.47萬(wàn)kWh），也是首次破了月發(fā)電量1000萬(wàn)的紀(jì)錄.較2018年同期增加了325.95萬(wàn)kWh，原因之一為2018年同期凝凍天數(shù)5天，而2019年2月未出現(xiàn)凝凍。從圖2可以看出，2月23日平均風(fēng)速最?。?.17m/s），2月18日平均風(fēng)速最大（8.5m/s），但2月整體風(fēng)速比較穩(wěn)定（5m/s左右），并且機(jī)組運(yùn)行良好，未發(fā)生故障停機(jī)。

4天氣影響

4.1低溫覆冰

2018年凝凍天數(shù)1月7天，2月5天，12月4天，2019年凝凍天數(shù)1月2天，2月2天，12月6天，1月、2月、12月這三月容易發(fā)生葉片覆冰。覆冰產(chǎn)生條件：空氣濕度大：室外溫度接近甚至低于0℃。一般發(fā)生在大霧、凍雨或降雪后。葉片覆冰時(shí)若機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行，對(duì)機(jī)組的危害非常大：影響葉片的氣動(dòng)性能：降低發(fā)電效率：降低機(jī)組的使用壽命;風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，覆冰可能從葉片上脫離，落冰可能會(huì)傷害附近的人，存在安全隱患。目前對(duì)覆冰的應(yīng)對(duì)措施：在氣溫驟降前，做好防寒防凍檢查。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員在確認(rèn)機(jī)組葉片覆冰后，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行手動(dòng)停機(jī)，并密切關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)氣溫變化情況，待天氣回暖，到現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)機(jī)組覆冰融化后，恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行。該法比較依賴天氣情況，但是成本低。

針對(duì)葉片覆冰問(wèn)題，目前可以安裝主動(dòng)除冰裝置，如機(jī)械除冰和熱力除冰，機(jī)械除冰可采用超聲波除冰對(duì)不同覆冰狀態(tài)下的槳葉進(jìn)行了模態(tài)分析，從槳葉的曲率模態(tài)參數(shù)中提取風(fēng)力機(jī)槳葉覆冰區(qū)域與覆冰厚度參數(shù)，并利用壓電陶瓷片產(chǎn)生的超聲波橫向剪切應(yīng)力給風(fēng)力機(jī)槳葉除冰。國(guó)電公司報(bào)道了一種風(fēng)力發(fā)電葉片除冰系統(tǒng)，其將風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身產(chǎn)生的熱量通過(guò)離心風(fēng)扇和和管道循環(huán)傳輸?shù)饺~片內(nèi)部，然后利用該熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片除冰。

采用主動(dòng)除冰法，會(huì)增加葉片的使用壽命，提升發(fā)電量，但是需要安裝除冰裝置，裝置的可靠性、經(jīng)濟(jì)性需要被充分考慮，如果葉片覆冰期短，增加主動(dòng)除冰裝置，會(huì)增加運(yùn)維成本。

4.2臺(tái)風(fēng)

臺(tái)風(fēng)期間若風(fēng)速變化過(guò)快或風(fēng)速過(guò)大，機(jī)組達(dá)到切出條件而停機(jī)。由于輪轂高度處的湍流強(qiáng)度明顯增大，容易觸發(fā)偏航系統(tǒng)告警：機(jī)組各部件的振動(dòng)明顯增強(qiáng)，容易造成風(fēng)機(jī)塔架晃動(dòng)、折斷、垮塌及葉片折斷等事故。臺(tái)風(fēng)到來(lái)前，對(duì)風(fēng)機(jī)、箱變、站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行巡檢，確保各個(gè)設(shè)備運(yùn)行正常。檢查風(fēng)機(jī)、箱變、站內(nèi)設(shè)備間門窗是否完好、是否漏水。組織現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員學(xué)習(xí)防臺(tái)防汛應(yīng)急預(yù)案，檢查應(yīng)急物資儲(chǔ)備情況，并進(jìn)行模擬演練。臺(tái)風(fēng)到來(lái)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員和廠家技術(shù)人員做好24小時(shí)值守，密切監(jiān)控機(jī)組風(fēng)速、風(fēng)向變化、機(jī)組運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)了解臺(tái)風(fēng)動(dòng)態(tài)及天氣情況，必要時(shí)手動(dòng)偏航并進(jìn)行手動(dòng)停機(jī)。臺(tái)風(fēng)后需排查設(shè)備、場(chǎng)內(nèi)道路及排水溝堵塞情況，總結(jié)抗臺(tái)經(jīng)驗(yàn)，為下一步工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.3雷電

場(chǎng)區(qū)內(nèi)大多數(shù)風(fēng)機(jī)安裝在空曠的山頂，易受雷電影響，比如風(fēng)機(jī)葉片、模塊等。2019年風(fēng)電場(chǎng)因雷電而發(fā)生故障停機(jī)情況統(tǒng)計(jì)如下：高壓架空線路出線受雷電影響跳閘共計(jì)3次，其中3月1次，6月2次;葉片損傷2次，分別為葉尖接閃器脫落、葉尖開裂：振動(dòng)模塊通信故障累計(jì)30次，5月、6月、7月、8月合計(jì)占比80.65%。由于原振動(dòng)模塊WP4084在遭受雷電干擾時(shí)，會(huì)中斷與主控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，機(jī)組易報(bào)振動(dòng)模塊通信故障，在更換為抗雷電干擾性能強(qiáng)的LE2183振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀后，雷電故障率明顯降低。雷電對(duì)設(shè)備的危害方式可分為直擊雷、感應(yīng)雷、高壓雷電波侵入等三種。

（1）直擊雷。對(duì)于可能遭受直擊雷破壞的高壓架空線路出線和風(fēng)機(jī)葉片，采取的防雷保護(hù)措施為：在主變區(qū)域線路桿塔上裝設(shè)避雷針，通過(guò)尖端放電將雷電流導(dǎo)至大地：在風(fēng)機(jī)葉片葉尖裝設(shè)接閃器.雷電流可經(jīng)由預(yù)埋在槳葉內(nèi)部的引下線流向塔架。風(fēng)機(jī)塔筒高度80米，葉片半徑50多米，機(jī)組總高度可達(dá)130多米。當(dāng)遭到雷擊時(shí)，雷電流經(jīng)內(nèi)部的金屬導(dǎo)體迅速傳導(dǎo)至葉片連接的輪轂部分，避免強(qiáng)大的雷電流使葉尖結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度急驟升高，從而保護(hù)葉片不至于被破壞。

（2）高壓雷電波侵入。在通過(guò)電纜連接的設(shè)備兩端安裝避雷器、過(guò)電壓保護(hù)器或浪涌保護(hù)器，來(lái)阻止高壓雷電波的侵入，如圖3所示，箱變低壓側(cè)與變流器同時(shí)安裝浪涌保護(hù)器，箱變高壓側(cè)安裝氧化鋅避雷器，35kV集電線路開關(guān)柜安裝過(guò)電壓保護(hù)器。

在易受雷電影響的系統(tǒng)，比如機(jī)艙柜模塊，在模塊前端加裝浪涌保護(hù)器，可以提升設(shè)備的防雷性能，提高設(shè)備的可靠性，保證機(jī)組的正常運(yùn)行。

（3）感應(yīng)雷。為阻止感應(yīng)雷的破壞，將設(shè)備金屬外殼部分進(jìn)行接地。風(fēng)電機(jī)組的接地系統(tǒng)是整個(gè)防雷保護(hù)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)置，為機(jī)組遭受雷擊時(shí)的雷電流提供泄流通道。

每年在雷雨季節(jié)前對(duì)升壓站、風(fēng)機(jī)及箱變進(jìn)行防雷檢測(cè)，測(cè)量防雷保護(hù)接地電阻、葉片導(dǎo)通性，若檢測(cè)結(jié)果不合格則應(yīng)及時(shí)整改，確保設(shè)備在雷電季節(jié)安全穩(wěn)定運(yùn)行。檢查各設(shè)備避雷器、浪涌保護(hù)器是否完好，檢查設(shè)備的接地裝置各部分連接是否牢固、無(wú)松動(dòng)，完善風(fēng)場(chǎng)的防雷電方案。

4.4雨霧多、濕度大

風(fēng)電場(chǎng)地處浙南高海拔山區(qū)，室內(nèi)濕度常年高達(dá)70%以上，對(duì)電子器件和金屬結(jié)構(gòu)影響較大。潮濕會(huì)腐蝕風(fēng)力發(fā)電機(jī)組金屬部件，從而降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組部件的使用壽命。

需定期檢查控制柜溫濕度控制器或凝露控制器是否正常工作，檢查加熱器是否正常投入。檢查變壓器呼吸器硅膠是否變色，檢查各設(shè)備絕緣性能是否良好。對(duì)外殼等容易銹蝕的部位，及時(shí)組織人員除銹，并重新噴漆。

5結(jié)語(yǔ)

隨著風(fēng)電度電成本降低，低風(fēng)速地區(qū)（包括山地、丘陵等）風(fēng)電也開始迅速發(fā)展起來(lái)。山地風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)速波動(dòng)性較大，隨季節(jié)變化明顯，還易受到臺(tái)風(fēng)、雷電等惡劣天氣的影響，通過(guò)總結(jié)浙江某山地風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)對(duì)天氣因素的經(jīng)驗(yàn)和措施，為山地風(fēng)電場(chǎng)的生產(chǎn)管理提供參考。