用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的連接器的簡易安裝與維護(hù)

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隨著風(fēng)能行業(yè)不斷趨于成熟，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)業(yè)已初露端倪。標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)開始對風(fēng)力渦輪機(jī)研究制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。現(xiàn)在及過去，大部分設(shè)計(jì)師傾向于選擇現(xiàn)有的成熟技術(shù)，如工業(yè)以太網(wǎng)或向模塊化工業(yè)連接器這樣已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可的產(chǎn)品。

即插即用帶來更低的成本與更高的可用性

風(fēng)力渦輪機(jī)的復(fù)雜構(gòu)造需要針對不同功能子系統(tǒng)提供廣泛的線纜解決方案。這些解決方案包括用于向電網(wǎng)傳輸電能的高壓線纜；用于監(jiān)控及SCADA(監(jiān)控控制與數(shù)據(jù)采集)的光纖及以太網(wǎng)線纜；用于控制偏航與槳距的控制線纜；用于電機(jī)及驅(qū)動設(shè)備的電源線。為了加快渦輪機(jī)系統(tǒng)的安裝速度并簡化維護(hù)工作，設(shè)計(jì)師開始趨向于采用“即插即用”解決方案。這樣做的目的是為充分發(fā)揮“即插即用”產(chǎn)品在線纜安裝中的便捷性，從而加快整個風(fēng)能系統(tǒng)的安裝與維護(hù)。

為簡化風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)的全部線纜解決方案。制造商開始轉(zhuǎn)向使用便于安裝的工業(yè)連接器技術(shù)。該技術(shù)具有三大特性：由堅(jiān)固的金屬或復(fù)合材料外殼提供的可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu)。模塊化插頭提供靈活的觸點(diǎn)及線纜適應(yīng)性，能夠滿足防護(hù)或密封要求。風(fēng)力渦輪機(jī)所用連接器的典型需求包括：大范圍適用溫度(-40～+125℃)，防震防沖擊。有防護(hù)或無防護(hù)。防水，密封性能最高達(dá)到IP67，鎖止性能，采用正向基座實(shí)現(xiàn)快速連接／斷開和模塊化(根據(jù)需要能夠與信號、電源及光纖組件配合)。工業(yè)連接器技術(shù)能夠適應(yīng)并整合多種線纜——用于電機(jī)和驅(qū)動設(shè)備的電機(jī)供電線纜。用于控制的雙絞線，用于監(jiān)控的儀器線纜等——可以在同一接口上替換多種連接器。

圖2所示為泰科電子的HVS連接器，該連接器為典型的工業(yè)級連接器。在該結(jié)構(gòu)中可以容納6組單模塊及3組雙模塊。在多數(shù)風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中，HVS連接器使用戶可以在單一連接器中配置一個應(yīng)用所需的多種接口，從而有效降低所需接口數(shù)量。接口模塊包括：高電壓觸點(diǎn)。標(biāo)稱最高可達(dá)3000V；高電流觸點(diǎn)，最高可達(dá)400A；高密度單觸點(diǎn)，單橫塊最高可達(dá)25個觸點(diǎn)；同軸觸點(diǎn)；RJ-45模塊插頭；USB；IEEE 1394(火線)；4同軸觸點(diǎn)，可支持1GHz操作；D-Sub接口。

工業(yè)連接器的模塊化設(shè)計(jì)給予了設(shè)計(jì)師在接口及線纜裝配設(shè)計(jì)上極大的靈活性。通過對插頭及鎖止裝置的設(shè)置，線纜裝配完全可以根據(jù)具體應(yīng)用而定制。用于偏航電機(jī)控制的連接器與用于槳距電機(jī)控制的連接器不同，使得線纜不會連接到錯誤的子系統(tǒng)上。顏色標(biāo)識可以根據(jù)功能、電路或其他應(yīng)用參數(shù)進(jìn)行區(qū)分，從而實(shí)現(xiàn)通過視覺十分方便地進(jìn)行分辨，從而可以縮短系統(tǒng)接入電網(wǎng)運(yùn)行所需的時間。

模塊化實(shí)現(xiàn)一個單連接器系列的標(biāo)準(zhǔn)化，從而使其可滿足廣泛的需求，因此能夠簡化供應(yīng)鏈。雖然每種線纜應(yīng)用可能需要不同配置的連接器，但一些模塊可以同時被多種應(yīng)用共享。這種可共享特性能夠減少必要庫存零件的數(shù)量，同時能夠整合線纜裝備中必要步驟的數(shù)最。一個單模塊連接器系列能夠提供上千種應(yīng)用組合。你可以向連接器供應(yīng)商咨詢針對你的具體應(yīng)用所需的部件配置。另一個實(shí)例是不同來源的子系統(tǒng)在到達(dá)裝配地點(diǎn)后都能找到適宜的配對連接器，因而能夠適用于子系統(tǒng)的多渠道供應(yīng)。

能夠說明模塊化優(yōu)勢的男一個實(shí)例就是滑環(huán)的裝配，滑環(huán)的作用是在中心與電機(jī)艙間傳輸數(shù)據(jù)與電能。在多數(shù)設(shè)計(jì)中，如果滑環(huán)需要維修或者更換則需要花費(fèi)大量時間來斷開眾多線纜。完成這樣操作至少需要停機(jī)若干天。而采用模塊化設(shè)計(jì)，所有連接滑環(huán)的線纜可以在幾分鐘內(nèi)斷開，從而實(shí)現(xiàn)快速斷開滑環(huán)。如今，更換滑環(huán)只需要幾小時而不是幾天。

工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為監(jiān)測與控制風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的重要方式之一。如圖3所示的IP67連接器，這樣的密封式連接器能夠提供高性能、高可靠性的服務(wù)。針對機(jī)柜內(nèi)受保護(hù)的連接，如果沒有特別的密封要求，網(wǎng)線可以使用標(biāo)準(zhǔn)的5e類線或6類線。由于大量驅(qū)動設(shè)備與電機(jī)擁有更高水平的內(nèi)置智能功能，因此需要如圖4所示的混合型連接器，其在一個連接器內(nèi)最多能夠提供多達(dá)8個電源觸點(diǎn)及以太網(wǎng)接口，并采用螺絲固定的機(jī)械連接方式，從而提供防震性。通過這樣的產(chǎn)品，一個連接器即可傳輸信號與電力。

光纖骨干網(wǎng)

光纖憑借高帶寬、長傳數(shù)據(jù)路、低噪聲干擾等特性，已成為風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部及其與風(fēng)力電廠中心監(jiān)控控制系統(tǒng)通信連接的最佳選擇。而連接器的選擇主要取決于應(yīng)用參數(shù)的強(qiáng)度。光纖連接器能夠像工業(yè)以太網(wǎng)銅連接器一樣，提供密封的工業(yè)接口。

中壓連接器

將渦輪機(jī)產(chǎn)生的電能傳輸?shù)郊娫O(shè)備和從集電設(shè)備傳輸?shù)斤L(fēng)場變電站是兩種不同的電壓等級。渦輪機(jī)端產(chǎn)生的電壓為600-700V，而在風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔底部將升壓到22 kV到34.5kV(根據(jù)不同國家的標(biāo)準(zhǔn))。一般7—10臺渦輪機(jī)串連在一起，將升壓后的電流傳輸?shù)郊娋W(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)或風(fēng)場變電站。在變電站內(nèi)，電壓將再次提升至幾百千伏用于大功率遠(yuǎn)距離輸電。

由于渦輪機(jī)內(nèi)電壓低于600v—700V水平，因此可采用各種工業(yè)級技術(shù)。復(fù)合線纜(約8-10股)將這些低壓電流傳輸?shù)桨l(fā)電塔底部的升壓變壓器。從那里開始，連接器更多采用能源級產(chǎn)品而不是工業(yè)級或通信級。它們一般采用壓緊或螺絲組裝方式。中壓電流傳輸與信號或低壓電流傳輸?shù)闹饕煌c(diǎn)在于需要更

多考慮接地、電涌保護(hù)、短路保護(hù)以及其他問題。

多數(shù)電力傳輸連接器采用直線型連接或T型連接(如圖5)。由于集電網(wǎng)絡(luò)位于地下，可靠性尤為重要。與機(jī)艙的機(jī)械部件需要耐磨與精密電子等需求不同，集電網(wǎng)絡(luò)不像渦輪機(jī)那樣需要連接提供高速及簡便維護(hù)性。安裝完畢后，集電網(wǎng)絡(luò)將工作多年。而集電網(wǎng)絡(luò)的故障將導(dǎo)致許多發(fā)電機(jī)停機(jī)。同樣，集電網(wǎng)絡(luò)到變電站的連接故障將導(dǎo)致整個風(fēng)力發(fā)電站癱瘓。

聯(lián)網(wǎng)控制中心

不同渦輪機(jī)的通信、監(jiān)控及控制電纜都集中于控制中心，用于控制各渦輪機(jī)、與電網(wǎng)連接、通過互聯(lián)網(wǎng)通信等。將各個渦輪機(jī)聯(lián)網(wǎng)到集中網(wǎng)絡(luò)所需的連接器和線纜選擇與其他網(wǎng)絡(luò)相同。基礎(chǔ)線纜系統(tǒng)使網(wǎng)絡(luò)具備管理更簡便，并且能夠適應(yīng)連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器系統(tǒng)控制電腦的基礎(chǔ)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的遷移、擴(kuò)容及變更等情況。機(jī)架式插座面板與光纖附件使用戶可以根據(jù)功能和電路來組織和連接線纜。

這些問題的關(guān)鍵就是確保連接器與線纜能夠滿足網(wǎng)絡(luò)速度的要求。5e類雙絞線是工業(yè)以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸率為1Gb／s以下的最佳選擇，6類及6A類線適用于10 Gb／s網(wǎng)絡(luò)，對于更高數(shù)據(jù)傳輸率應(yīng)用也有更好的選擇。6類線提供了額外的性能空間，為保證信號準(zhǔn)確提供保障。由于控制中心的環(huán)境受到嚴(yán)格控制。因此密封、適用溫度等問題并不重要。標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)線纜部件即可滿足要求。

風(fēng)力發(fā)電“遁用”是連接器選擇的關(guān)鍵

價格不再是選擇連接器的關(guān)鍵因素，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時間與風(fēng)力渦輪機(jī)的并網(wǎng)可用性才是選擇的重點(diǎn)。如今，風(fēng)力渦輪機(jī)制造商已從關(guān)注部件的采購成本轉(zhuǎn)向其整個產(chǎn)品生命周期的成本。比如，恰當(dāng)?shù)木€纜配置將大幅縮短風(fēng)力渦輪機(jī)的安裝時間，同樣能加速維修與維護(hù)時間。實(shí)際上。相比風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的成本，連接器或線纜解決方案的成本是微不足道的。