風(fēng)電機組機艙環(huán)境過濾系統(tǒng)研究

吳佳闊，高 陽，鐘宏宇，孫銘悅，劉 凡，馬 超，毛 志

（1.沈陽工程學(xué)院電力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136；2.國網(wǎng)通化供電公司，吉林 通化 134001）

1 機艙過濾系統(tǒng)設(shè)計方案

由于風(fēng)電場所處環(huán)境惡劣，楊絮、柳絮、夏季高溫等多種因素導(dǎo)致風(fēng)力機機艙、齒輪箱散熱片受到污染，灰塵堵塞冷卻系統(tǒng)進(jìn)氣口，使齒輪箱熱交換器性能下降，導(dǎo)致風(fēng)力機限功率運行甚至停機。因此，對機艙內(nèi)加裝過濾裝置，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1-網(wǎng)托；2-支架板；3-過濾網(wǎng)；4-主傳動輥；5-傳動鏈輪機構(gòu)；6-放網(wǎng)輥；7-漲力調(diào)節(jié)機構(gòu)；8-卷網(wǎng)手輪；9-被動輥；10-被動輪；11-步進(jìn)電機

2 過濾網(wǎng)材料的選擇

表1比較了4種較常用的過濾材料的性能特點。

表1 4種較常用的過濾材料其性能特點

對這4種材料進(jìn)行通風(fēng)流量試驗，得到風(fēng)力機頻率與風(fēng)量的關(guān)系曲線如圖2所示。隨著風(fēng)機頻率的上升，每種濾網(wǎng)的流量呈上升趨勢；聚酯纖維過濾網(wǎng)的流量在每個風(fēng)機頻率下都大于其他濾料的流量，可以看出聚酯纖維過濾網(wǎng)在同頻率的條件下透氣率最大。

圖2 4種濾料流量變化

通過上述分析結(jié)果可知，過濾網(wǎng)材料可采用聚丙烯纖維，并且聚丙烯長纖維過濾網(wǎng)具有良好的過濾性能，較小的孔徑，相對成本較低，可減輕風(fēng)機檢修人員的任務(wù)量。

3 過濾控制系統(tǒng)

現(xiàn)代工程應(yīng)用中許多機電產(chǎn)品大多采用51單片機或者PLC完成對相關(guān)裝置的自動控制?；谇度胧较到y(tǒng)的開發(fā)，可以很好地實現(xiàn)控制裝置的自動化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精簡，性能穩(wěn)定可靠?？刂撇糠值脑O(shè)計考慮到電路設(shè)計應(yīng)該簡明、減少成本，決定采用51單片機作為控制基礎(chǔ)，實現(xiàn)對過濾系統(tǒng)的控制。圖3為步進(jìn)電機驅(qū)動的控制原理。

圖3 控制原理

控制芯片選擇大功率電機驅(qū)動芯片，電流可達(dá)到2 A。更換過濾網(wǎng)時需控制步進(jìn)電機的速度，采用PWM調(diào)速。單片機的供電電源采用XY-309穩(wěn)壓變壓器，將220 V轉(zhuǎn)為5 V。過濾系統(tǒng)電機轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，可以先后分別按順時針和逆時針的方向轉(zhuǎn)動90°，轉(zhuǎn)動角度的誤差在允許范圍內(nèi)，繼電器能實現(xiàn)開關(guān)功能。

用Keil u Vision4軟件編寫程序，使用C語言編程，以STC－ISPV391作為程序編寫的工具，將在Keil u Vision4里編譯好的程序（HEX格式）編寫到51單片機中。軟件編程的核心部分：

1）實現(xiàn)對步進(jìn)電機的控制；

2）依據(jù)溫度的變化，實現(xiàn)電機的自動旋轉(zhuǎn)（溫度可以進(jìn)行設(shè)置）；

3）步進(jìn)電機實現(xiàn)對過濾網(wǎng)的精準(zhǔn)控制（長度可以進(jìn)行人為設(shè)置）；

4）實現(xiàn)對過濾網(wǎng)的監(jiān)測（當(dāng)過濾網(wǎng)已經(jīng)使用完畢時，步進(jìn)電機不能再次進(jìn)行操作）；

5）具有報警功能，過濾網(wǎng)使用完畢后，提醒工作人員更換。

4 案例分析

通過華電集團(tuán)吉林大安風(fēng)電場13臺風(fēng)力機安裝智能機艙環(huán)境過濾系統(tǒng)實施案例分析。

圖4 大風(fēng)高溫天氣齒輪箱油溫對比

大風(fēng)高溫天氣齒輪箱油溫對比情況如圖4所示。在大風(fēng)高溫天氣下，最下面的曲線是安裝了該系統(tǒng)的風(fēng)機油溫曲線，其余2條是未安裝該系統(tǒng)的風(fēng)機油溫曲線。可以看出，安裝了該系統(tǒng)的齒輪箱油溫明顯低于未安裝該系統(tǒng)的油溫，并能使溫度保持在趨于穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

圖5 大風(fēng)高溫天氣風(fēng)電機組功率曲線對比

大風(fēng)高溫天氣風(fēng)電機組功率曲線對比情況如圖5所示?？梢钥闯?，未安裝機艙環(huán)境過濾系統(tǒng)的風(fēng)力機每運行一段時間就會出現(xiàn)有功功率迅速下降，甚至為“0”的情況，造成不可利用小時數(shù)的增加和發(fā)電量損失；相反，安裝機艙環(huán)境過濾系統(tǒng)的風(fēng)機的有功功率一直處于較高的穩(wěn)定狀態(tài)。從而提高了各項運行指標(biāo)和經(jīng)濟效益。

5結(jié) 論

通過對風(fēng)機機艙環(huán)境過濾系統(tǒng)的設(shè)計以及在吉林大安風(fēng)電場13臺風(fēng)力機中的應(yīng)用，得出如下結(jié)論：

1）該系統(tǒng)過濾網(wǎng)的材料采用了聚丙烯纖維，可以承受35℃～50℃的高溫，有效地克服了高溫、暴曬等惡劣環(huán)境的困難，同時降低了成本。

2）該系統(tǒng)實現(xiàn)對步進(jìn)電機的控制和對過濾網(wǎng)的監(jiān)測，使風(fēng)力機機艙環(huán)境得到了極大的改善，減輕了運維人員的清掃工作量。

3）通過實施案例分析，該系統(tǒng)能使齒輪系統(tǒng)油溫和風(fēng)機功率保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，增強了風(fēng)力機發(fā)電的可持續(xù)性。