高原型風力發(fā)電機組的優(yōu)化

劉英杰

（華能大理風力發(fā)電有限公司，云南 大理 671000）

1 高原風電場的分布

在經(jīng)典的風電教科書內(nèi)，我國的風資源分布以北方地區(qū)及西南沿海地區(qū)的風資源分布較好，高原地區(qū)因風能密度低，不屬于風資源豐富地區(qū)，但經(jīng)過實際的風電運行情況，目前我國云南地區(qū)，尤其是以云南省大理州為中心的周邊地區(qū)的風資源分布也滿足風電建設(shè)的經(jīng)濟成本分析，以云南省大理州華能大理五子坡風電場為例，測風數(shù)據(jù)50m高度的年平均風速為 9.5m/s，年平均風功率密度為557W/m2，風功率密度等級屬五級，年有效利用小時數(shù)大于 8200h，以目前云南地區(qū)的上網(wǎng)標桿電價看，該風場建設(shè)有著良好的經(jīng)濟效益及社會效益。從目前的風電建設(shè)規(guī)劃看，云貴地區(qū)以及西藏、新疆地區(qū)將大力開發(fā)風能資源，而這部分風電場均屬于高原風場。

2 高原風電場環(huán)境特點

以云南地區(qū)為例，風電場多分布于各地區(qū)的山脈山脊上，此處海拔高度多在 2500-3400之間，云南地區(qū)紫外線照射強烈，山脊為霧氣多發(fā)地段，空氣稀薄影響設(shè)備的絕緣、散熱性能。

3 高原風電場風力發(fā)電機組解決方案

由于高原地區(qū)的特殊環(huán)境條件，高原風電場要對風機設(shè)備進行優(yōu)化，才能滿足機組在高原地區(qū)的安全穩(wěn)定運行。五子坡風電場的高原型風機進行了一下幾個方面的優(yōu)化。五子坡風電場采用南車株洲電力機車研究所有限公司生產(chǎn)的WT1500-C高原型風力發(fā)電機組，該機型為適應(yīng)云南地區(qū)高原氣候環(huán)境條件有針對性的進行機組設(shè)計和技術(shù)改造。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 電氣元件的性能優(yōu)化

針對高原環(huán)境氣候特點，根據(jù)國標 GB/T 20645-2006（特殊環(huán)境條件高原用低壓電器技術(shù)要求）和國標GB/T 22580-2008（特殊環(huán)境條件高原電氣設(shè)備技術(shù)要求 低壓成套開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備），對所有電氣產(chǎn)品的電氣距離、絕緣電壓、工頻耐壓、沖擊耐壓均按表1進行相應(yīng)修正處理應(yīng)用，對所有電氣元件進行降容應(yīng)用，如斷路器、繼電器、接觸器、電源等的容量，按表2進行校核其容量。對不滿組高原運行的電氣元件進行更換或?qū)﹄妷哼M行相應(yīng)的調(diào)整。例如將常規(guī)風機出口電壓為690V改為620V輸出。

表1 電氣間隙和爬電距離修正系數(shù)

表2 斷路器、繼電器、接觸器等參數(shù)的修正系數(shù)

3.2 電控系統(tǒng)優(yōu)化

1）采用高原戶外型PLC系統(tǒng)。

2）增加干式變壓器容量。

3）干式變壓器選型及高海拔、防潮濕措施。

（1）干式變壓器選型：建議選SC系列的，該系列為環(huán)氧樹脂澆注型。

（2）針對高原情況下干式變壓器設(shè)計：3600m高海拔條件下的變壓器設(shè)計時溫升設(shè)計將比正常溫升限值至少降低15%進行電磁計算。

（3）變壓器的絕緣設(shè)計，也要考慮增大絕緣尺寸，加包絕緣等，3600m海拔下其絕緣設(shè)計要按照比正常耐壓水平提高40%考慮絕緣結(jié)構(gòu)。

（4）防潮濕。潮濕環(huán)境下，線圈及導電體處理，并采用真空浸漆工藝浸漬具有良好“三防”性能的高強度無溶劑絕緣浸漬漆。然后表面再按照特殊工藝噴涂具有良好的防潮、防霉、高電氣性能的表面絕緣磁漆。

3.3 發(fā)電機優(yōu)化

發(fā)電機進行重新設(shè)計，具體如下：

1）改變定、轉(zhuǎn)子沖片槽形，重新更新設(shè)計繞組。

2）針對高海拔特點提高冷卻效果，重新設(shè)計水道、風扇、風道等。

3）更新絕緣設(shè)計，提高絕緣自然老化壽命。

4）對潤滑脂等材料的理化性能予以重新認定、選擇。

5）圍繞上述各點對零部件的設(shè)計進行調(diào)整。

3.4 動力系統(tǒng)優(yōu)化

由于海拔高，空氣稀薄，轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙的導磁能力差，直接影響到電機的額定功率輸出，因此電機高原地區(qū)使用也需降容處理。例如：常規(guī)風機偏航電機單臺功率2.2kW，共有4臺，總功率為8.8kW。在海拔4000m，電機降容15%來考慮，向上反推電機功率需求：8/(1-15%)=9.4kW，因此，偏航電機功率選定為3kW，四個共12kW，以滿足運行要求。

變槳系統(tǒng)選用的變頻器可以用在海拔4000m的地區(qū)，絕緣等級滿足要求，但是考慮到散熱問題，變頻器需要降容使用，以海拔 1000m為基準，每1000m降容 5%，即海拔 4000m高度時需降容3×5%=15%。在高原風機中也應(yīng)采用容量更高的變頻器。

3.5 防雷優(yōu)化方案

由于風電場多處于山脊上，屬于雷電多發(fā)地帶，為滿足高原型風機的防雷要求，要增加防雷接閃點的數(shù)量、增加葉片中的防雷下引導線截面積等。

3.6 防潮優(yōu)化方案

方案 1：在保證柜體密封效果的前提下，增加機艙控制柜和塔基柜內(nèi)柜體加熱器的功率（由250W增加到400W），同時增加濕度控制器。在控制系統(tǒng)上電前，開啟柜體加熱器、水熱交換器風扇、機艙控制柜循環(huán)風扇，通過水熱交換器除濕，直到濕度降到設(shè)定值，才起動控制系統(tǒng)，從而起動風機。此種方案適合凝露不是特別嚴重的情況。

方案 2：若凝露現(xiàn)象特別嚴重，可以在柜體內(nèi)增加半導體除濕機H2OMIT進行除濕，除濕機將空氣中的氣態(tài)水吸入內(nèi)部冷卻形成液態(tài)水通過排水管直接排出柜體外部，降低柜內(nèi)濕度。

3.7 防紫外線優(yōu)化方案

1）據(jù)資料統(tǒng)計，高原地區(qū)紫外線強度比海平面高1.5～2.5倍，高原型風力發(fā)電機組機艙罩、輪轂罩除具有防雨、防塵、防鹽蝕等平原風電機組的功能外，其主要組成材料——膠衣的抗紫外線能力需要進行加強。要求選用具有優(yōu)異抗紫外線老化性能和長久耐候性的高品質(zhì)膠衣，其膠衣必須通過QUV抗老化儀3000h 紫外線照射測試。

2）增加塔筒、葉片油漆干膜厚度。

4 結(jié)論

隨著十二五規(guī)劃開展，國家大力開發(fā)云貴川地區(qū)，經(jīng)濟高速有序發(fā)展，該地區(qū)的新能源產(chǎn)業(yè)的開發(fā)將有效推動經(jīng)濟的發(fā)展，滿足地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的能源需求，因此，該地區(qū)的高原環(huán)境的特殊性，就要求我們要針對該地區(qū)的風機等電氣設(shè)備進行優(yōu)化，在設(shè)計及建設(shè)過程中摸索出高原型風電機組的特性，以滿組風電場的安全穩(wěn)定運行。

[1]南車株洲電力機車研究所有限公司《WT1500-C高原型風力發(fā)電機組直擊雷和感應(yīng)雷保護技術(shù)規(guī)范》.

[2]南車株洲電力機車研究所有限公司《WT1500/D82/H65，IEC S類高原型風力發(fā)電機組性能說明書》.