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风力发电机组安全保护技术研究

范东坡

浙江运达风电股份有限公司,浙江杭州,311188

摘要: 在社会经济发展的过程中,我国电力系统的建设规模也在不断的扩大,居民的生产生活用电量也在不断的增加,电能的消耗率正在逐年的提升,对于电力能源使用需求的逐渐增加,各种发电方式也在不断的出现,其中风力发电的应用效率非常高。相比于其他的发电方式,风力发电不会对环境产生较大的危害,同时风能属于可再生的节能资源,是我国推行的节能环保工程。然而,由于风力发电机组运行的过程中会受到多方面因素的影响,从而出现各种安全事故问题。因此,需要加强对风力发电机组的安全保护,确保发电机组的稳定运行,为电力能源的生产奠定良好的基础。本文主要针对风力发电机组的运行现状进行介绍,结合实际的情况,采取对应的安全运行保护措施,提高风力发电的生产效率。
关键词: 风力发电;机组安全;保护技术
DOI:10.12721/ccn.2022.157172
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我国现行电力的产出主要来自于火电和水电,逐年递增的能源供应困局以及水力资源的整体缺乏、地区失衡等因素严重制约了我国传统电力的发展。因此,风能、太阳能等新型能源的发电技术被人们寄予厚望。自19世纪末,第一台风力发电机在丹麦诞生以来,风力发电就在各种褒贬不一的评论中逐渐发展。我国风能资源十分丰富,国家对风力发电也给予了充分的重视,时至今日,风力发电已经在发电行业中占据了一席之地,然而“运维效率低”、“安全事故多”等因素导致的问题,仍然制约着风力发电的稳定发展。

1风力发电机组的运行现状

①风力发电机组事故频发。风力发电机组运行时,轮毂驱动方面会出现故障,功率变频器也会出现错误,或在机组移动时出现偏航功率下降等问题,虽然可以采用多次复动或设备重启等方式确保机组运行的恢复,然而多次复位也会使风能的利用率受到影响,短时间内多次开关机会使之利用率统计数据出现变化,也会缩短设备的使用寿命。同时,如果风力发电机的变桨电机或齿轮箱等重要部件出现故障问题,必须要停机进行设备检修,由专业的技术人员进行设备的维修及零件的更换,不仅维修工作任务繁重,还需停机较长时间才可恢复设备的正常运行,这会增加维修成本,也会影响风力发电机组的经济收益。②风力发电机组核心部件的损坏率较高。在风力发电机组运行时,如果核心部件出现损毁,将会对其运行安全产生影响,通常齿轮箱、发电机以及轮毂集电环等重要部件应用数量较多,并且较易出现故障,维修及维护成本都相对较高,并且在零件后还需进行繁琐的调试工作,并且即使更换了部件还存在损坏的可能,不仅需要再次维修,也需投入大量的维修成本。

2保障风力发电机组安全运行技术的应用对策分析

2.1消防保护系统运行技术

风力发电机组容易发生火灾,机舱内部的发电机、液压系统、刹车系统、偏航驱动器、控制柜,轮毂内部的驱动电机、电池柜以及塔底的变流器、变压器等。这些部件由于长时间处于工作状态,如果保养不及时或零部件老化等,极易发生火灾现象。针对这种情况,需要配置独立的自动消防系统,来及时发觉火情;在容易引发火情部位,利用光纤火灾探测器或感温电缆等,这些传感器对风机机舱内各部件温度、烟雾浓度和火焰进行实时监测,保证现场信息快速准确地采集和反馈。鉴于风场远离城市中心,传统的消防员定期巡防的模式已经远远不能保障消防安全,一定要采用基于物联网的远程消防监测系统,做到随时监测,即刻通报。另外要有针对性的置备消防物料,比如,惰性气体或高压水雾灭火装置等,以方便对密闭的空间和空气流动性较强的位置,如齿轮箱、发电机和刹车系统等,发现火情时能够第一时间进行有效扑救。

2.2风力发电机组安装技术

风力发电机组在运行之前需要进行合理的安装,确保安装的质量可以提高风力发电机组运行的安全性以及稳定性,从而提高风力发电机组的整体经济效益。一般情况下,风力发电机组主要安装于户外、高山等地区,因此会给安装工作带来一定难度。在安装的过程中需要严格的根据各个部件进行合理的控制,保证连接点的连接安全,尤其是一些加强电器线缆的接头检查。如果接头的连接存在紧密性不够的问题,就会导致安全事故的发生,甚至出现短路、起火的现象,最终引起严重的安全火灾事故。同时,还会对整个电力系统的运行带来严重的威胁,造成较高的经济损失。根据这一情况,在进行风力发电机组安装的时候,就需要加强各个部件的检查,严格的控制施工的技术。根据国家规定的标准,保证安装的质量,避免安全隐患的发生。

2.3风电齿轮箱维护管理技术

齿轮箱是风力发电机组的重要结构组成,加强对齿轮箱的保养与维护,可以确保机组的安全与稳定运行。日常检查中,要对齿轮箱的油位进行检查,以免其出现漏油现象,同时要检查齿面,以免其出现不平整现象或发生不明震动或异响的情况。不仅要强化对齿轮箱主体的保养,还要定期检查其运行相关部件,任何一个微小部件出现故障都会对机组的正常运行带来影响。如果风力发电机组属于三点支撑结构,如果机组的支承主体出现变形将会导致齿轮箱出现重心偏移问题,使齿轮轴承出现偏载现象,进而使之无法正常运行。同时,如果主轴承无法正常使用,或出现轴箱固定不牢固的现象,齿轮箱将会承载较大的压力,进而使行星架轴承难以正常运行。

2.4雷击保护技术

风力发电机组通常所处位置海拔比较高,并且自身处于 50 米以上的高空,因此各部件容易造成雷击现象。国外曾经做过相关研究,雷击主要集中在 4 个部位,雷击率分别如下:控制系统、电气系统、叶片、发电机;按照雷击损害概率来看,主要有3 种损害方式:雷电电脉冲、雷电感应和直击雷。针对雷电脉冲的保护措施:金属机舱和塔筒构成法拉第笼,起到初级屏蔽作用;设备信号线、电源线及发电机组防护区内电缆采用双层遮蔽并作接地处理,形成次级屏蔽,以达到防雷电脉冲损害。对应雷电感应和直击雷的防护,现在主流的做法通常是等电位连接防护、增加电泳保护器,以及防雷接地等来达到散流、均压的目的。

2.5制定紧急状况的应对措施,减少紧急事故的影响

风力发电机组主要安装于户外环境,因此在发生自然灾害的时候,会对设备的运行产生严重的威胁。所以需要通过合理的措施加强机组的电压保护,尤其是雷电接收传导系统的应用。同时,还需要通过对应的政策保证电位的连接合理,及时的实施接地系统的检查处理,防止发生雷击导致发电机组的故障问题。另外,在设备运行的过程中也会受到风速问题的影响,风力过大会导致发电机组出现停机的故障。除此之外,在一些潮湿的环境、气温较低的环境中,也会导致机组出现停机状态。这就需要工作人员在机组运行之前对设备的绝缘性能进行合理的检查,保证设备运行符合标准的要求。

结语

随着工业化、城镇化的发展,我们的用电需求在逐年递增,利用清洁可再生能源来发电也是大势所趋;风力发电在我国已经取得了阶段性的进展,不过距离产生实际经济效益,还有长足的道路要走,当然我们的意识层面、技术层面尚有很多的不足需要弥补和完善。风力发电,前景是光明的,眼前的困难需要我们一个个去克服和跨越。

参考文献

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