基于SCADA監(jiān)控系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)葉片覆冰情況分析

衛(wèi)振海 江震勝 熊巧兵

摘?要：我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)多分布于高山、丘陵地區(qū)，海拔較高，特別是在冬季容易產(chǎn)生葉片覆冰現(xiàn)象，嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。本文以葉片覆冰為研究對(duì)象，以SCADA風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過監(jiān)控信息判斷葉片覆冰情況，對(duì)風(fēng)機(jī)葉片覆冰的危害進(jìn)行了全方位的分析，并提出具體的解決方案，從而提高風(fēng)機(jī)的使用壽命，保證風(fēng)電場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：SCADA;葉片覆冰;風(fēng)力發(fā)電

1 緒論

葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，具有吸收風(fēng)能的作用，其性能的好壞直接關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的出力。但是在我國(guó)冬季，由于溫度較低，許多地區(qū)容易產(chǎn)生葉片覆冰現(xiàn)象，對(duì)風(fēng)電機(jī)組造成不利的影響，一方面增加了葉片靜載荷，風(fēng)電機(jī)組整體載荷平衡被改變，縮短機(jī)組使用壽命;另一方面改變?nèi)~片氣動(dòng)特性，導(dǎo)致機(jī)組出力急劇下降;同時(shí)高空覆冰容易滑落，對(duì)地面人員安全造成一定的危害。因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)葉片覆冰，并做出合理應(yīng)對(duì)措施，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

2 風(fēng)電場(chǎng)概況

本次研究所選風(fēng)電場(chǎng)為國(guó)電三門峽栗子坪風(fēng)電場(chǎng)，該風(fēng)電場(chǎng)位于三門峽市陜州區(qū)店子鄉(xiāng)境內(nèi)，是國(guó)家能源集團(tuán)在河南省三門峽市首個(gè)獲得核準(zhǔn)并開工建設(shè)的風(fēng)場(chǎng)。項(xiàng)目一期裝機(jī)容量為49.5MW，安裝25臺(tái)UP2000-115-S雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，全場(chǎng)風(fēng)機(jī)接入R2.2.1版本SCADA風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該風(fēng)電場(chǎng)屬于高海拔風(fēng)電場(chǎng)，全場(chǎng)風(fēng)機(jī)海拔均在1000m以上，冬季冰凍期較長(zhǎng)，空氣潮濕，容易產(chǎn)生葉片覆冰現(xiàn)象。

3 通過SCADA遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)判斷葉片覆冰

當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在低溫條件下運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員要加強(qiáng)巡視，本文以SCADA遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為例，通過風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、功率曲線以及變槳速度等參數(shù)的變化，來(lái)判斷風(fēng)機(jī)葉片的覆冰情況：

第一，與臨近的風(fēng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比，風(fēng)向和風(fēng)速都相同的情況下，兩者的輸出功率差異較大，這種情況在風(fēng)速較大時(shí)較為明顯，風(fēng)速較小時(shí)差異性不大[2]。

第二，風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)均不同程度（根據(jù)覆冰量）出現(xiàn)功率下降，有些風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)嚴(yán)重偏離風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)功率曲線的情況，以國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力UP2000-105-S雙饋機(jī)型為例，設(shè)計(jì)功率曲線，滿發(fā)風(fēng)速為10米（標(biāo)準(zhǔn)空氣密度下），風(fēng)機(jī)功率均出現(xiàn)下降，特別是一些覆冰嚴(yán)重的風(fēng)電機(jī)組，其風(fēng)速、功率與理論功率曲線有嚴(yán)重偏差。

第三，觀察風(fēng)機(jī)變槳速度變化，正常情況下風(fēng)機(jī)的變槳速度為9°/s，當(dāng)葉片覆冰時(shí)，葉片靜載荷增加，其變槳速度會(huì)有所降低。

第四，風(fēng)機(jī)風(fēng)速儀顯示均正常，偏差小，所有風(fēng)機(jī)類比均正常。風(fēng)速測(cè)量正常。

第五，風(fēng)機(jī)風(fēng)向儀顯示正常，檢查風(fēng)機(jī)偏航對(duì)風(fēng)角度與風(fēng)向角度均在10°以內(nèi)（各機(jī)型控制死區(qū)不一樣）。風(fēng)機(jī)對(duì)風(fēng)正常。

第六，風(fēng)機(jī)參數(shù)均正常，無(wú)AGC、電能質(zhì)量后臺(tái)、手動(dòng)等限制功率情況下，且風(fēng)機(jī)葉片全開（0°）。

第七，風(fēng)機(jī)機(jī)艙溫度零下5℃以下，且伴隨有大雪、大霧、大雨等高濕度天氣，功率下降變化速度快。

通過上述七點(diǎn)基本可以判斷為風(fēng)機(jī)葉片覆冰，應(yīng)及時(shí)停運(yùn)風(fēng)機(jī)（根據(jù)風(fēng)機(jī)廠家給予的安全紅線確定），最后前往就地確認(rèn)風(fēng)機(jī)覆冰情況。

4 葉片覆冰的應(yīng)對(duì)措施

一般風(fēng)機(jī)發(fā)生覆冰后，首先覆冰掉落容易對(duì)周圍設(shè)備、人員造成直接落物傷害。其次風(fēng)機(jī)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓就會(huì)受到影響，葉片表面的大量覆冰會(huì)引起風(fēng)機(jī)的附加載荷與額外的振動(dòng)（不平衡），從而降低其使用壽命，在極端情況下，積冰甚至?xí)斐娠L(fēng)塔整體坍塌或局部破損[3]。最后覆冰后停運(yùn)，風(fēng)場(chǎng)電量也會(huì)相應(yīng)受到損失。應(yīng)對(duì)措施：

4.1 防止造成人身傷害

（1）風(fēng)場(chǎng)進(jìn)口、風(fēng)機(jī)基座20米范圍設(shè)置醒目警示標(biāo)志，提醒人員注意落物傷害，并定期對(duì)標(biāo)識(shí)進(jìn)行檢查。必要時(shí)考慮增設(shè)風(fēng)機(jī)區(qū)域圍欄。

（2）利用多種形式（安全月、開放日、扶貧等），對(duì)附近村落進(jìn)行危險(xiǎn)因素宣講，并建立村政府通訊網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)入冬季前做好提醒。

（3）對(duì)覆冰風(fēng)機(jī)的檢查必須等待風(fēng)機(jī)停運(yùn)后方能靠近，且車輛應(yīng)停在距離風(fēng)機(jī)20米范圍之外。

（4）覆冰消失后風(fēng)機(jī)重新啟動(dòng)時(shí)，必須確認(rèn)風(fēng)機(jī)200米范圍內(nèi)無(wú)人員、車輛后方能啟動(dòng)。

（5）制定高空落物傷害應(yīng)急演練腳本，定期演練。

4.2 防止設(shè)備損壞

（1）定期對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行功率曲線一致性分析。并根據(jù)廠家資料，確定本場(chǎng)風(fēng)機(jī)可接受覆冰安全運(yùn)行紅線，到達(dá)安全紅線時(shí)，應(yīng)立即停運(yùn)風(fēng)機(jī)。優(yōu)化風(fēng)機(jī)保護(hù)配置，增設(shè)覆冰報(bào)警、停機(jī)功能。

（2）風(fēng)機(jī)停運(yùn)后，將控制模式切換至“服務(wù)”模式，并解除操作權(quán)限，防止誤啟動(dòng)。

（3）提前做好天氣情況預(yù)警，當(dāng)環(huán)境溫度降至0℃以下，風(fēng)場(chǎng)出現(xiàn)雨、雪、霧天時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)對(duì)措施。

（4）風(fēng)機(jī)再次啟動(dòng)前，必須現(xiàn)場(chǎng)對(duì)風(fēng)機(jī)片覆冰情況、設(shè)備是否損傷進(jìn)行檢查，覆冰消失后，且設(shè)備無(wú)異常后方能再次啟動(dòng)。

（5）對(duì)風(fēng)機(jī)葉片技改，增加祛冰裝置或者通過增加涂層來(lái)緩解、消除覆冰。箱變?cè)黾臃雷o(hù)設(shè)施，防止落冰損壞箱變?cè)O(shè)備。

4.3 減少電量損失

大霧、雪天氣消失，空氣濕度降低，在上山道路允許的情況下，使用望遠(yuǎn)鏡、無(wú)人機(jī)等手段，對(duì)葉片覆冰、葉片表面、輪轂進(jìn)行檢查，同時(shí)對(duì)箱變及匯集線路進(jìn)行檢查（是否冰掉落損傷）[4]。覆冰消失后，設(shè)備無(wú)異常后及時(shí)恢復(fù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

5 結(jié)論

由于風(fēng)電的裝機(jī)容量不斷增加，風(fēng)機(jī)在冬季運(yùn)行其葉片覆冰已經(jīng)成為了一種常見現(xiàn)象，因此研究并掌握葉片覆冰的規(guī)律，合理的應(yīng)對(duì)葉片覆冰措施有利于風(fēng)機(jī)在低溫條件下安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高風(fēng)機(jī)可利用小時(shí)數(shù)，保證風(fēng)電場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]安凡華.風(fēng)機(jī)葉片覆冰狀況探析[J].湖北農(nóng)機(jī)化，2019（15）：110-111.

[2]嚴(yán)敬川，郭朝暉，牟令.利川與齊岳山風(fēng)電場(chǎng)冬季葉片覆冰應(yīng)對(duì)策略分析[J].水電與新能源，2018，32（04）：75-78.

[3]王雪冬.淺談風(fēng)機(jī)葉片覆冰情況分析及運(yùn)行監(jiān)控[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)，2017（10）：75-76+82.

[4]許小明，梅鑫，郝玉官，秦洋洋，鄒文才，黃宸武.我國(guó)南方風(fēng)電場(chǎng)冬季風(fēng)電葉片除冰方法探討[J].宜春學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，39（06）：8-11.

作者簡(jiǎn)介：衛(wèi)振海（1984-），男，山西平陸人，大專，助理工程師，研究方向：風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行。