某風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔底強(qiáng)制散熱技術(shù)改造研究

國(guó)華愛(ài)依斯(黃驊)風(fēng)電有限公司 河北 黃驊 061100

1 引言

由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,地球上越來(lái)越多的能源被利用,這就容易造成能源的枯竭。而風(fēng)能作為可再生能源,不僅使用無(wú)污染,而且成本非常低,逐漸受到了很多新能源開(kāi)發(fā)公司的青睞。雖然風(fēng)能的使用有很多優(yōu)點(diǎn),但是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)由于變流器的功率非常大,發(fā)熱量較多,容易造成機(jī)組的溫度升高。這就給機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。因此,為了避免發(fā)電站安全事故的發(fā)生,以及確保穩(wěn)定可靠的用電環(huán)境,必須要解決這些問(wèn)題。

2 機(jī)組概況

華銳機(jī)組部分發(fā)電機(jī)的廠(chǎng)家為大連天元電機(jī)有限公司,以國(guó)內(nèi)某風(fēng)電場(chǎng)為例,風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)生產(chǎn)日期為2010年2月份,已經(jīng)運(yùn)行數(shù)十年時(shí)間。其型號(hào)為YSSFL-B,額定功率為1520kW,頻率為50HZ。電機(jī)的定子電壓為690k V,定子電流為1060A。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的額定轉(zhuǎn)速為1800r/min。轉(zhuǎn)子電壓為415k V,轉(zhuǎn)子電流為370A,定子接法為△,轉(zhuǎn)子的繞組為Y。機(jī)組的自身重量為5916kg。由于機(jī)組運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng),在2018年開(kāi)始斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組報(bào)警的情況,顯示IGBT出現(xiàn)高溫,尤其是進(jìn)入高溫季節(jié),由于用電負(fù)荷較高,該報(bào)警情況更加明顯。初步對(duì)異常現(xiàn)象幾顆星過(guò)排查,并對(duì)整個(gè)機(jī)組的風(fēng)機(jī)濾網(wǎng)進(jìn)行了清理,但是還出現(xiàn)高溫報(bào)警,效果不明顯。將濾網(wǎng)更換后,在機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí),仍舊無(wú)法徹底消除該故障。對(duì)機(jī)組的運(yùn)行造成了一定的影響。

3 機(jī)組頻繁報(bào)IGBT溫度高的原因分析

為了避免由于高溫報(bào)警而給機(jī)組的運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響,以及全面保證各機(jī)組設(shè)備運(yùn)行安全和運(yùn)行壽命的提升,研究人員對(duì)該故障進(jìn)行了多次分析,并最終將高溫報(bào)警的原因鎖定為機(jī)組內(nèi)部運(yùn)行時(shí)由于通風(fēng)較差,各電氣運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量不斷被積累造成的。在塔筒內(nèi)的通風(fēng)由于靠自然通風(fēng),風(fēng)差的壓力幾乎沒(méi)有,在變流器柜的內(nèi)部由于濾網(wǎng)的存在,并且是多層的,這就給原本通風(fēng)不好的環(huán)境帶來(lái)了更加負(fù)面的影響。風(fēng)電機(jī)組在這樣的環(huán)境下工作,散出的熱量得不到及時(shí)排除,溫度越來(lái)越高,最終達(dá)到設(shè)備警報(bào)溫度,從而觸發(fā)IGBT溫度高故障報(bào)警。

4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔底強(qiáng)制散熱技術(shù)改造方案

鎖定原因后,就可以制定針對(duì)性的改造方案了。該問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因在于塔底通風(fēng)不良。因此,通過(guò)改造,將風(fēng)壓差增大,形成風(fēng)的對(duì)流。為了盡可能避免改造過(guò)程中對(duì)塔底和塔筒帶來(lái)安全上的風(fēng)險(xiǎn),改造方案為在塔筒和門(mén)塔的位置上方安裝一個(gè)風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)散熱。為了能根據(jù)溫度的高低來(lái)自動(dòng)控制風(fēng)扇的啟停,安裝一個(gè)熱電阻溫度傳感器,對(duì)塔筒內(nèi)的環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)測(cè)得的溫度超出規(guī)定值時(shí),熱電阻傳感器將信號(hào)傳遞給系統(tǒng),接頭風(fēng)扇的電流進(jìn)行運(yùn)行。當(dāng)溫度降低到規(guī)定值以下時(shí),同樣由熱電阻傳感器來(lái)傳遞信號(hào),風(fēng)扇就可以停止工作。這樣既達(dá)到了通風(fēng)降溫、消除IGBT報(bào)警故障,又最大程度節(jié)能環(huán)保。

根據(jù)機(jī)組的配置,選用的風(fēng)機(jī)各參數(shù)如下:功率大小為540W,電壓400V,采用的是三相供電形式。通過(guò)端子將PT100與卡件進(jìn)行相連接。為了及時(shí)監(jiān)測(cè)到塔底的溫度,安裝接觸器15K5進(jìn)行溫度的采集。所有測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)可編程邏輯控制器進(jìn)行控制,以達(dá)到風(fēng)扇的啟動(dòng)和停止。根據(jù)機(jī)組的大小,以及塔底的位置布置,本設(shè)計(jì)方案總共需要3臺(tái)風(fēng)機(jī)。具體安裝步驟為:①為了便于線(xiàn)的布置,在爬梯的豎粱上開(kāi)小孔,孔的數(shù)量和支架的數(shù)量及位置要一一對(duì)應(yīng)。為了安裝孔的位置準(zhǔn)確性,可以先確定一個(gè)孔,安裝上支架后,通過(guò)支架孔的位置來(lái)打孔;②安裝支撐架,并用螺栓進(jìn)行固定。按鉆過(guò)固定最下端支撐架的半環(huán)時(shí),要用軋帶將支撐架和風(fēng)管的吊環(huán)進(jìn)行拉緊固定;③出風(fēng)管自由下垂?fàn)顟B(tài)下,確定風(fēng)機(jī)的安裝位置。移走風(fēng)機(jī)后,用筆對(duì)風(fēng)機(jī)的位置進(jìn)行標(biāo)記,以保證打孔的位置準(zhǔn)確。開(kāi)孔后將進(jìn)風(fēng)管放入。由于開(kāi)孔時(shí)會(huì)有鐵屑產(chǎn)生,必須要采取保護(hù)措施周?chē)h(huán)境,防止鐵屑進(jìn)入其它電氣內(nèi)部,產(chǎn)生安全隱患;④安裝好各裝置后進(jìn)行調(diào)試,最終合格后再投入使用。

5 改造結(jié)果分析

在改造前,塔內(nèi)的溫度由于機(jī)組的設(shè)備運(yùn)行,使得周邊的環(huán)境溫度較高,當(dāng)外部的環(huán)境為30°C時(shí),塔內(nèi)的溫度大約為45°C。通過(guò)本技術(shù)方案改造,實(shí)際監(jiān)測(cè)到的溫度有大幅度的下降,實(shí)際監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)顯示塔內(nèi)的溫度和外部溫度基本保持一致。尤其是在夏季溫度高、以及機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷較高的時(shí)候,改善前后的溫度差異非常明顯。

通過(guò)改造后,IGBT出現(xiàn)因?yàn)闇囟壬叨鴪?bào)警的現(xiàn)象大幅降低,在塔底的變流柜、變壓器等設(shè)備由于溫度的降低,運(yùn)行效率得到了很大的提升,發(fā)電總量比改造之前要大。而且,各電氣設(shè)備和電子元件的使用壽命也得到了延長(zhǎng)。雖然本設(shè)計(jì)方案總共需要增加3臺(tái)風(fēng)機(jī),風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)需要消耗一定的電能,但是從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),得到的是正利益。按照風(fēng)機(jī)的功率來(lái)計(jì)算,如果這3臺(tái)風(fēng)機(jī)全天24H均處于運(yùn)行的狀態(tài),大約一天會(huì)消耗近39kW·h的電量。但是如果由于IGBT的溫度超差報(bào)警,其損失的電量將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)值。而且,機(jī)組頻繁啟停,會(huì)對(duì)機(jī)組各設(shè)備造成損耗,降低風(fēng)機(jī)的使用壽命。同時(shí),給機(jī)組的維護(hù)人員帶來(lái)很大的勞動(dòng)強(qiáng)度。根據(jù)統(tǒng)計(jì),改造方案實(shí)施后,平均每年IGBT升溫報(bào)警的故障大約降低了70%。而且在夏季以及用電高負(fù)荷時(shí)段,機(jī)組仍能可靠安全地運(yùn)行,給電站帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)語(yǔ)

由于環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越得到人們的重視,尋找各種清潔能源成為了必然的趨勢(shì)。風(fēng)能作為一種可再生資源,而且取之不盡用之不竭,必將會(huì)給人們帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)機(jī)機(jī)組的運(yùn)行雖然存在著由于機(jī)組溫度升高而影響機(jī)組運(yùn)行的問(wèn)題,但是通過(guò)技術(shù)方案改造,提高塔底的通風(fēng),促進(jìn)塔底的溫度降低,使得各電氣設(shè)備能在較低的溫度環(huán)境下運(yùn)行,這樣就能保證機(jī)組能長(zhǎng)時(shí)間處于穩(wěn)定可靠的運(yùn)行狀態(tài)。針對(duì)風(fēng)電機(jī)組的散熱問(wèn)題,只有通過(guò)各種技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新,才能促進(jìn)風(fēng)電事業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展,確保新能源事業(yè)的順利開(kāi)展。