強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用下風(fēng)電機(jī)組槳葉角度異常分析

楊興旺　陳偉球

摘 要：我國(guó)海岸線廣闊，沿海地區(qū)風(fēng)力資源豐富。但臺(tái)風(fēng)經(jīng)常登陸東南沿海，給風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行帶來(lái)了極大威脅。文章以登陸廣東省的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”為例，介紹了臺(tái)風(fēng)對(duì)廣東粵電湛江徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組槳葉角度造成的影響，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理，分析了槳葉角度異常原因，為今后風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)和風(fēng)電機(jī)組控制策略的制定提供了參考。

關(guān)鍵詞：臺(tái)風(fēng)；風(fēng)電機(jī)組；槳葉

1 概述

近幾年來(lái)，臺(tái)風(fēng)的侵襲對(duì)我國(guó)東南沿海風(fēng)電場(chǎng)造成了很大的損失，臺(tái)風(fēng)極值風(fēng)速大、湍流強(qiáng)度大、風(fēng)向變化快，直接影響到機(jī)組安全。本文結(jié)合湛江徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)的臺(tái)風(fēng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程中風(fēng)電機(jī)組的各個(gè)狀態(tài)進(jìn)行了分析，并指出了槳葉角度異常的原因。

2 臺(tái)風(fēng)案例

廣東粵電湛江徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)安裝有33臺(tái)單機(jī)容量為1500千瓦的國(guó)產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量4.95萬(wàn)千瓦，于2009年開始并網(wǎng)發(fā)電。風(fēng)機(jī)為明陽(yáng)公司MY1.5MW風(fēng)機(jī)，葉片長(zhǎng)度為37.5m。采用SSB公司的變槳控制系統(tǒng)，系統(tǒng)安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂內(nèi)，主要由一個(gè)變槳中央控制柜，三個(gè)軸控箱，三個(gè)電池箱和三個(gè)直流電機(jī)組成。

2014年7月18日15時(shí)30分，2014年第9號(hào)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”首先在海南省文昌市翁田鎮(zhèn)沿海登陸，后來(lái)又于19時(shí)30分在廣東省徐聞縣龍?zhí)伶?zhèn)登陸?！巴R遜”登陸文昌、徐聞時(shí)達(dá)到超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別，是1973年以來(lái)登陸華南的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。此次超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)最大風(fēng)力17級(jí)，風(fēng)速達(dá)60米/秒，破壞性極強(qiáng)，并且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。此次臺(tái)風(fēng)對(duì)徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組造成了一定的影響及損壞，其中在臺(tái)風(fēng)后現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行巡查時(shí)，發(fā)現(xiàn)2#機(jī)組有兩個(gè)槳葉不在順槳位置，如圖1所示：

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 各時(shí)段數(shù)據(jù)分析

表1是風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄下的2#機(jī)組在臺(tái)風(fēng)過(guò)程中各時(shí)段數(shù)據(jù)：

通過(guò)表1分析可知：

（1）7月18日13時(shí)02分（進(jìn)入臺(tái)風(fēng)模式）-7月18日16時(shí)00分（線路失電，通訊中斷）期間，槳葉2角度變化值相對(duì)較大，前后相差3.46度；

（2）7月18日16時(shí)00分（線路失電，通訊中斷）-7月18日17時(shí)01分（線路得電，通訊正常）期間，槳葉2角度變化值相對(duì)較大，前后相差4.73度；

（3）7月18日17時(shí)01分（線路得電，通訊正常）-7月18日17時(shí)20分（線路失電，通訊中斷）期間，槳葉2、3角度有較小的變化；

（4）7月18日17時(shí)20分（線路失電，通訊中斷）-7月27日09時(shí)24分（輪轂通訊正常）期間，槳葉1角度基本沒變化，但槳葉2、3角度變化明顯，前后角度分別至少相差127.03度和154.94度。

3.2 進(jìn)入臺(tái)風(fēng)模式到線路失電通訊中斷數(shù)據(jù)分析

7月18日2#機(jī)組進(jìn)入臺(tái)風(fēng)模式到線路失電通訊中斷相關(guān)數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖如圖2所示。

通過(guò)圖2分析可知：

（1）15點(diǎn)07分至15點(diǎn)57分左右，槳葉角度變化較為明顯；

（2）15時(shí)14分10秒至15時(shí)14分50秒左右，槳葉角度設(shè)定值由90度變?yōu)?5度然后又變回90度，槳葉1、2、3角度也隨之變化，最終槳葉1、2、3角度分別為94.09度、91.21度、91.97度；

（3）15時(shí)35分10秒左右，槳葉2角度由90.63度變?yōu)?5.81度，差值為4.82度，變槳角度設(shè)定值為90度，此時(shí)風(fēng)速較大，達(dá)到50m/s；

（4）15時(shí)42分45秒至43分10秒左右，槳葉角度設(shè)定值由90度變?yōu)?5度然后又變回90度，槳葉1角度由94.06度變?yōu)?2.79度，差值為1.27度，槳葉2角度由85.09度變?yōu)?8.93度，差值為13.82度，槳葉3角度無(wú)變化；

（5）15時(shí)45分45秒至46分10秒左右，槳葉角度設(shè)定值由90度變?yōu)?5度然后又變回90度，槳葉1角度變化值不大，槳葉2角度由98.93度變?yōu)?5.93度，差值為3度，槳葉3角度無(wú)變化。

3.3 得電到再次失電數(shù)據(jù)分析

臺(tái)風(fēng)過(guò)程中2#機(jī)組得電到再次失電相關(guān)數(shù)據(jù)曲線如圖3所示：

通過(guò)圖3曲線分析可知：

（1）槳葉1角度沒有變化、槳葉2、3角度有較小的變化（<3度）；

（2）18日17點(diǎn)19分45秒，通訊中斷，槳葉1、2、3角度分別為92.87度、90.63度和91.07度。

綜合以上數(shù)據(jù)分析可知：

臺(tái)風(fēng)過(guò)程中，2#機(jī)組槳葉隨著其位置的改變?cè)诓煌５南蝽槝恢眠M(jìn)行調(diào)整，但最終機(jī)組失電，臺(tái)風(fēng)后槳葉2、3偏離順槳位置。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)情況

在臺(tái)風(fēng)到來(lái)之前，現(xiàn)場(chǎng)人員采取了以下策略來(lái)減少臺(tái)風(fēng)的損失：將風(fēng)機(jī)槳葉緊急順槳到91度，機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)；偏航到機(jī)艙與正北夾角位置為180度，使槳葉最小面受力；葉片處于空氣制動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)程序控制釋放主軸剎車和系統(tǒng)壓力，同時(shí)保證偏航剎車的壓力。

在臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)之后，檢修人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2#機(jī)組進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)以下狀況：

（1）槳葉1在設(shè)定的90度位置；槳葉2在200度左右位置；槳葉3在-60度左右位置，與機(jī)組通訊恢復(fù)后的數(shù)據(jù)基本一致。

（2）槳葉2、3變槳電池供電接觸器KM1已經(jīng)燒毀，槳葉2、3變槳電池容量為額定值的50%左右。

（3）采用力矩扳手對(duì)槳葉1、2、3變槳電機(jī)剎車力矩進(jìn)行校核，其值為分別為51N·m、49N·m、53N·m，超過(guò)48N·m的設(shè)計(jì)值，故槳葉制動(dòng)力矩符合設(shè)計(jì)要求。

4 原因分析

結(jié)合臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)時(shí)2#風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)狀況對(duì)槳葉位置異常原因分析：臺(tái)風(fēng)過(guò)程中2#機(jī)組槳葉由于受到大風(fēng)的沖擊，為了防止出現(xiàn)飛車，變槳系統(tǒng)需要在槳葉角度發(fā)生變化時(shí)不斷將槳葉角度調(diào)整到目標(biāo)值90度的順槳位置。但在機(jī)組失電的情況下，變槳系統(tǒng)需要變槳備用電池對(duì)其供電，才能完成對(duì)槳葉位置的調(diào)整，在槳葉不斷進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程中備用電池電量耗盡，因此槳葉不再受控，造成2#機(jī)組槳葉2、3角度臺(tái)風(fēng)過(guò)后不在順槳位置。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)臺(tái)風(fēng)登陸后，風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和事故現(xiàn)場(chǎng)情況的分析研究，可得到以下結(jié)論：

（1）在臺(tái)風(fēng)危害的多發(fā)區(qū)，電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要充分考慮風(fēng)機(jī)在防臺(tái)狀態(tài)下的場(chǎng)用電的供電可靠性問(wèn)題。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)電網(wǎng)接入系統(tǒng)在受到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)沖擊故障跳閘后，風(fēng)電場(chǎng)可考慮配備后備的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)保安電源保證風(fēng)機(jī)還能正常偏航及變槳。

（2）變槳系統(tǒng)的備用電池是極其必要的，可增加備用電池容量，確保變槳系統(tǒng)在臺(tái)風(fēng)持續(xù)過(guò)程中，失去電網(wǎng)電源的情況下，有足夠的電能來(lái)保持槳葉順槳。

本文對(duì)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”登陸廣東以后，湛江徐聞洋前風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組槳葉角度異常情況進(jìn)行了介紹，對(duì)其角度異常進(jìn)行了分析，得到了臺(tái)風(fēng)引起槳葉角度異常的具體原因，為今后風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳葉及變槳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了參考。

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