引言
安全是在人类生产过程中，将系统的运行状态对人类的生命、财产、环境可能产生的损害控制在人类能接受水平以下的状态。在大型风力发电机组中，通过安全系统来保障机组中电气、机械设备的安全运行，保护从业人员的人身安全。安全系统是独立于控制系统的硬件保护措施，安全系统的响应动作优先于控制系统，即使控制系统发生异常，也不会影响安全系统的正常动作，从而最大限度地保证大型风力发电机组的安全。目前，在设计大型风力发电机组的安全系统时缺少一套标准化的方法，这就导致了在安全系统设计完成后，其能够达到的安全等级不明确的问题，给机组的安全运行埋下了隐患。为了解决这一问题，本文提出了一种针对大型风力发电机组安全系统的设计方法。首先，对大型风力发电机组进行风险要素分析；其次，通过安全完整性等级赋值法与性能等级流程法相结合的方式确定消除各风险要素需要达到的安全等级，进而在此基础上设计了满足安全等级要求的硬件电路与安全系统，最后介绍了按此方法设计完成的安全系统的应用情况。
1风力发电机组安全防范技术要求
风力发电机组安全防范是一个综合性课题，旨在通过先进的技术手段实现适当的防范措施，从而使机组得到良好的安全保护，以应付攻击或者避免受害，使风电机组乃至风电场处于不受侵害、风险可控、不出现重大事故的安全状态。风力发电机组安全防范应全面考虑场景特征，包括少人值守的中控室、无人值守的塔筒及机舱、分布式布置的大面积风机田、恶劣的自然条件、较差的通讯条件等多重不利因素，并制定在不同场景下发生安全事故的防范及处置预案。风力发电机组安全防范技术还需关注安全事故特征，从调查安全事故特征出发，建立将专业安全监测终端与综合集成管理平台整合为一体的集散式安全防范系统，并以合理的网络架构为载体联网布局，从而实现风力发电机组安全防范的分布式管理。
2风力发电机组安全及功能试验的研究
2.1电网掉电后风电机组停机
风力发电机组属于电气设备，其工作需要依靠外部供电。其连接的电网在输送机组所生产电能的同时也反向为该机组提供正常工作所需电能。此试验为了验证当风电机组处于并网发电情况下，由于外在因素导致电网断电，机组正常发电工作失去了外部电网的供电，为了电网和机组自身的安全，机组需要立刻断网停机，机组能依靠自身的备用电源(如主控UPS、变桨系统后备电源)实现安全停机保护。
2.2系统设计架构
安全防范系统设计采取以控制端为核心的综合管理平台，以远程端为风机侧的任务处理子模块，以混合形式的通讯手段为纽带，以专业化安全防范终端为执行机构，实现风力发电机组安全防范目标与任务的综合管理，并可实现目标与任务的扩展。安全防范系统采用3层架构，分别为控制层、远程层、终端层。从最上层的控制端开始往下呈辐射状展开，既保证系统的可扩展性，也给予每个远程端的独立性，以防发生一端事故造成多端失效的状况。其中每一个远程端设备可以有针对性地特性化(如强调或弱化某项功能)，以适应根据其所处环境、方位、地势、救援难度等综合制定的个性化安全防范方案。控制端和各远程端均搭载相互匹配的通讯模块，不仅支持全双工双向通信，也支持单向通信。位于终端层的安全防范终端设备种类多样，从通讯信号上下行的角度可大致分为3类：(1)只进行数据采集形成信号反馈的终端，如报警探测器；(2)只接受控制信号并动作的终端，如警报；(3)既可受控动作又可信号反馈的终端，如电磁阀。远程端需根据相应终端类型加以支持。
2.3扭缆保护
此试验为了验证当风电机组输电电缆扭缆超过设定保护值时，在控制保护系统的作用下实现保护。由于风电机组具备两层扭缆保护，第1层保护由控制系统实现的软件保护，第2层保护是安全链实现的硬件保护，一般情况下依靠控制系统检测扭缆角度进行保护，机组可自行解缆。如果扭缆保护失效，更大的扭缆角度会造成第2层保护的安全链断开，实施硬件保护停机，此时机组不可自行解缆，需要进行人工手动解缆。在试验过程中，需要对两层保护分别进行测试，以确保机组在遇到偏航扭缆角度异常情况下的两层保护均能起到保护作用，增加冗余，加强安全保护。
2.4加强风电齿轮箱维护管理
在风力发电机组的运行过程中齿轮箱是整个机组的重要组成部分，加强对齿轮箱的维修以及养护措施，能够保证整个机组的运行安全。在日常的检查工作中还需要对齿轮箱的油位进行合理的检查，防止出现漏油的问题。另外，还要检查齿面的使用情况，防止出现不平整以及不明震动的情况发生。还要确保齿轮箱的保养措施，定期对设备的运行进行检查，任何一个细微的故障都有可能对机组的运行带来影响。因此需要保障齿轮箱的合理使用、确保设备运行的稳定与安全。如果机组的支撑主体出现了变形，也会造成齿轮箱的重心偏移，最终造成无法运行的情况发生。
2.5积极进行发电故障检测工作
当风力发电机组出现故障时，应该积极对其进行检测和诊断，以确定其故障部位要检查风机轴承、风扇电机以及发电系统，并对异常现象的产生进行分析。如果风电发电设备出现故障，需要对风电发电系统设备的工作状况进行分析，并且针对不同的故障部位制定不同的维修措施，以保证风电发电机能够正常工作。如果风机设备出现故障所造成的问题比较严重，也需要进行相应的处理工作，通过检测之后发现确实存在故障隐患后才能采取相应措施予以处理。
结语
综上所述，风力发电机组安全及功能试验，需从设计之初就进行全面考虑，包括风电机组的安全试验、功能试验要求。作为风电机组型式认证不可或缺的重要一环，安全及功能试验初衷虽是为验证试验风电机组的控制功能和保护功能是否符合其设计，但对整机厂商和业主而言，其最关心的问题是在保障机组安全运行的前提下，尽可能地保证机组的发电能力，该试验不仅证实机组可以按照设计要求安全运行，同时也对其发电能力进行了验证，这对整个风电行业的健康发展具有重要意义。
参考文献
[1]王金江,符培伦,黄祖广,等.基于IEC62061的机械臂制造单元安全控制系统的功能安全分析及设计[J].制造技术与机床,2018(05):173-178.
[2]于建国，冷永强．智能化风电场安全防护监测管理系统研究[C]．2014全国风电后市场专题研讨会论文集．2014．
[3]李俊峰，蔡丰波．2014中国风电发展报告[R]．北京:中国循环经济可再生能源专业委员会，中国可再生能源学会风能专业委员会，全球风能理事会．2014．
[4]全国安全防范报警系统标准化技术委员会.视频安防监控系统工程设计规范:GB50395—2007[S].北京:中国计划出版社,2007.
[5]盛建.火灾自动报警消防系统[M].天津:天津大学出版社,1999.
