| 風(fēng)電用過(guò)電壓保護器 | |
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| 發(fā)布日期：2010-9-29 12:04:29 瀏覽次數：[166] | |
| 風(fēng)電是可再生、無(wú)污染、能量大、前景廣的能源，大力發(fā)展清潔能源是世界各國的戰略選擇。 我國風(fēng)電裝機連續4年翻番，風(fēng)電裝機容量世界排名由2008年的第四名升至第三名。2009年底，全國共建設423個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，總容量達2268萬(wàn)千瓦，約占全國發(fā)電裝機的2.6%，按照國家風(fēng)電發(fā)展規劃，2020年，我國風(fēng)電裝機容量有望達到1.5億千瓦。 截至2009年底，我國風(fēng)電累計發(fā)電量約為516萬(wàn)千瓦時(shí)，按照發(fā)電標煤煤耗每千瓦時(shí)350克計算，可節約標煤1806萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放5562萬(wàn)噸，減少二氧化硫排放28萬(wàn)噸。 大型風(fēng)電機通常產(chǎn)生690V的三相交流電。然后電流通過(guò)風(fēng)電機旁的變壓器（或在塔內），電壓被提高至數千伏。 風(fēng)電機結構大致包括以下幾部分： 機艙：機艙包容著(zhù)風(fēng)電機的關(guān)鍵設備，包括齒輪箱、發(fā)電機。維護人員可以通過(guò)風(fēng)電機塔進(jìn)入機艙。 轉子葉片：捉獲風(fēng)，并將風(fēng)力傳送到轉子軸心?，F代600千瓦風(fēng)電機上，每個(gè)轉子葉片的測量長(cháng)度大約為20米， 而且被設計得很象飛機的機翼。 軸心：轉子軸心附著(zhù)在風(fēng)電機的低速軸上。 低速軸：風(fēng)電機的低速軸將轉子軸心與齒輪箱連接在一起。在現代風(fēng)電機上，轉子轉速相當慢， 大約為19至30轉每分鐘。軸中有用于液壓系統的導管，來(lái)激發(fā)空氣動(dòng)力閘的運行。 齒輪箱：齒輪箱左邊是低速軸，它可以將高速軸的轉速提高至低速軸的50倍。 高速軸及其機械閘：高速軸以1500轉每分鐘運轉，并驅動(dòng)發(fā)電機。它裝備有緊急機械閘， 用于空氣動(dòng)力閘失效時(shí)，或風(fēng)電機被維修時(shí)。 發(fā)電機：通常被稱(chēng)為感應電機或異步發(fā)電機。在現代風(fēng)電機上，最大電力輸出通常為500至1500千瓦。 偏航裝置：借助電動(dòng)機轉動(dòng)機艙，以使轉子正對著(zhù)風(fēng)。偏航裝置由電子控制器操作， 電子控制器可以通過(guò)風(fēng)向標來(lái)感覺(jué)風(fēng)向。通常，在風(fēng)改變其方向時(shí)，風(fēng)電機一次只會(huì )偏轉幾度。 電子控制器：包含一臺不斷監控風(fēng)電機狀態(tài)的計算機，并控制偏航裝置。 為防止任何故障（即齒輪箱或發(fā)電機的過(guò)熱），該控制器可以自動(dòng)停止風(fēng)電機的轉動(dòng)， 并通過(guò)電話(huà)調制解調器來(lái)呼叫風(fēng)電機操作員。 液壓系統：用于重置風(fēng)電機的空氣動(dòng)力閘。 冷卻元件：包含一個(gè)風(fēng)扇，用于冷卻發(fā)電機。此外，它包含一個(gè)油冷卻元件，用于冷卻齒輪箱內的油。 一些風(fēng)電機具有水冷發(fā)電機。 塔：風(fēng)電機塔載有機艙及轉子。通常高的塔具有優(yōu)勢，因為離地面越高，風(fēng)速越大。 現代600千瓦風(fēng)汽輪機的塔高為40至60米。它可以為管狀的塔，也可以是格子狀的塔。 管狀的塔對于維修人員更為安全，因為他們可以通過(guò)內部的梯子到達塔頂。格狀的塔的優(yōu)點(diǎn)在于它比較便宜。 風(fēng)速計及風(fēng)向標：用于測量風(fēng)速及風(fēng)向。 由于風(fēng)力發(fā)電機組分散安置在風(fēng)能資源比較好的各種復雜地形地帶，特別是風(fēng)機的葉片高點(diǎn)甚至達到100米，高高聳立的風(fēng)機很容易被雷電擊中。 國外統計風(fēng)電場(chǎng)每100風(fēng)機年的雷擊數基本維持在10 %左右。在所有引發(fā)風(fēng)電機組故障的因素中，外部因素（如風(fēng)暴、結冰、雷擊以及電網(wǎng)故障等）占16 %以上，其中雷擊事故約占4%。由于雷電現象具有非常大的隨機性，因此不可能完全避免風(fēng)電機組遭受雷擊，只能在風(fēng)電機組的設計、制造過(guò)程中，采取防雷措施，使雷擊造成的損失減到最小。  圖一 雷擊損壞的風(fēng)力發(fā)電設備 雷電現象是帶異性電荷的雷云間或是帶電荷雷云與大地間的放電現象。風(fēng)電機組遭受雷擊的過(guò)程實(shí)際上就是帶電雷云與風(fēng)電機組間的放電。在所有雷擊放電形式中，雷云對大地的正極性放電或大地對雷云的負極性放電具有較大的電流和較高的能量。雷擊保護最關(guān)注的是每一次雷擊放電的電流波形和雷電參數。雷電參數包括峰值電流、轉移電荷及電流陡度等。風(fēng)電機組遭受雷擊損壞的機理與這些參數密切相關(guān)。 峰值電流 當雷電流流過(guò)被擊物時(shí)，會(huì )導致被擊物溫度的升高，風(fēng)電機組葉片的損壞在很多情況下與此熱效應有關(guān)。熱效應從根本上來(lái)說(shuō)與雷擊放電所包含的能量有關(guān)，其中峰值電流起到很大的作用。當雷電流流過(guò)被擊物時(shí)（如葉片中的導體）還可能產(chǎn)生很大的電磁力，電磁力的作用也有可能使其彎曲甚至斷裂。另外，雷電流通道中可能出現電弧。電弧產(chǎn)生的膨脹過(guò)壓與雷電流波形有關(guān)，其燃弧過(guò)程中的強烈高溫將對被擊物產(chǎn)生極大的破壞。這也是導致許多風(fēng)電機葉片損壞的主要原因。 轉移電荷 物體遭受雷擊時(shí)，大多數的電荷轉移都發(fā)生在持續時(shí)間較長(cháng)而幅值相對較低的雷電流過(guò)程中。這些持續時(shí)間較長(cháng)的電流將在被擊物表面產(chǎn)生局部金屬熔化和灼蝕斑點(diǎn)。在雷電流路徑上一旦形成電弧就會(huì )在發(fā)生電弧的地方出現灼蝕斑點(diǎn)，如果雷電流足夠大還可能導致金屬熔化。這是威脅風(fēng)電機組軸承安全的一個(gè)潛在因素，因為在軸承的接觸面上非常容易產(chǎn)生電弧，它就有可能將軸承熔焊在一起。即使不出現軸承熔焊現象，軸承中的灼蝕斑點(diǎn)也會(huì )加速其磨損，降低其使用壽命。 電流陡度 風(fēng)電機組遭受雷擊的過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生控制系統或電子器件的損壞，其主要原因是感應過(guò)電壓的存在。感應過(guò)電壓與雷電流的陡度密切相關(guān)，雷電流陡度越大，感應電壓就越高。 在風(fēng)電機組中，可能產(chǎn)生感應過(guò)電壓的區域是： ① 機艙內部和穿過(guò)偏航軸承的地方； ②連接到控制室和配電室的電纜中。 位于這些區域任何一端的電氣控制設備，都需要裝設電涌保護器件。風(fēng)電場(chǎng)中使用的電力電纜與變壓器相連，而變壓器需要裝設特殊的過(guò)電壓保護裝置進(jìn)行保護。 另一方面，風(fēng)電企業(yè)、氣象部門(mén)與電網(wǎng)部門(mén)的協(xié)調統籌能力以及氣象預報的準確度低。風(fēng)電本身具有不穩定性，不易準確預計，風(fēng)況不穩定，產(chǎn)生的電能就不穩定，在歐洲12至24小時(shí)的風(fēng)能產(chǎn)能預報的準確度達到90％以上，未來(lái)3天預報的準確度可達80％。這種不穩定需要大容量電網(wǎng)來(lái)調節，我國的電網(wǎng)沒(méi)有發(fā)達國家這種調節能力。風(fēng)電的電能質(zhì)量較差，其電壓不穩和諧波往往得不到有效控制，導致風(fēng)電有可能成為電網(wǎng)管理部門(mén)頭痛的“垃圾電”，因此風(fēng)電的過(guò)電壓防治協(xié)調問(wèn)題比較突出。 我們依據風(fēng)力發(fā)電機的特點(diǎn)，設計TBP-690V系統輸出電壓的新一代電涌保護器。其外型結構依然設計為35mm導軌安裝型。  圖二 690V風(fēng)電專(zhuān)用電涌保護器 產(chǎn)品按雷電發(fā)生的環(huán)境，對保護電流進(jìn)行了區別，適用不同的區域選型。  表一 690V電涌保護器的環(huán)境選型 按額定電壓不小于760V，進(jìn)行的壓敏設計和配套元件設計，滿(mǎn)足風(fēng)電機的特殊需要。其各項參數指標均不低于進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品。  表二 690V電涌保護器的典型技術(shù)參數 SBTG風(fēng)電變電用過(guò)電壓保護器，與常規過(guò)電壓保護器的主要區別，在于大容量設計。不只具有常規的防感應雷和操作過(guò)電壓功能，同時(shí)具有特殊的意義。一方面有效的降低殘壓，吸收大電流，提高風(fēng)電電壓自身的穩定性；另一方面防止由于風(fēng)電電壓不穩定導致的干擾嚴重保護器本身容易燒毀問(wèn)題。在多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)變壓器保護使用，效果明顯。  圖三 風(fēng)電專(zhuān)用大容量過(guò)電壓保護器（35kV）  表三 風(fēng)電配電專(zhuān)用過(guò)電壓保護器的典型技術(shù)參數 雷擊是影響風(fēng)電機組乃至整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)安全運行的重要因素，電壓不穩是造成風(fēng)電不受重視的核心關(guān)鍵。關(guān)注風(fēng)電，關(guān)注風(fēng)電機過(guò)電壓保護技術(shù)，是改善風(fēng)電環(huán)境中不可或缺的組成部分，它對保證風(fēng)電的安全運行具有重要的意義。選擇適當的結構，合理設計保護設備，降低風(fēng)力發(fā)電中的雷擊和電壓不穩定性因素，應予以足夠的重視。 上海松邦電氣有限公司技術(shù)部（版權所有 翻錄必究） | |
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