——德國(guó)kriwan測(cè)風(fēng)儀在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用
摘要：
INT系列風(fēng)速風(fēng)向計(jì)用來(lái)測(cè)量和監(jiān)控風(fēng)力和風(fēng)向的儀器 例如用在監(jiān)控起重機(jī)的安裝,風(fēng)力發(fā)電場(chǎng),測(cè)風(fēng)塔,滑雪,空中索道,建筑管系統(tǒng),盲人保護(hù),氣象站和科學(xué)研究等。該系列產(chǎn)品屬全金屬設(shè)計(jì)(鋁)),小巧美觀,寬溫度范圍(-40...70°C),真實(shí)的偏差指示,沒(méi)有“線(xiàn)性錯(cuò)誤“,在抗沖擊和振動(dòng)上標(biāo)準(zhǔn)高(寬帶噪聲), 100%無(wú)需維護(hù),旋轉(zhuǎn)葉片在高風(fēng)速時(shí)不變形,防沙塵防海水腐蝕,低啟動(dòng)風(fēng)速(<0.4 m/s),抗高頻電磁干擾( ENV 50140 Teil 3, E=100V/m, 30...1000MHz),適合高端環(huán)境應(yīng)用.該系列產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)了ISO9001/2000管理體系認(rèn)證,UL,CSA,CE國(guó)際認(rèn)證,具有IP64的保護(hù)等級(jí)認(rèn)證。
功能描述
KRIWAN葉片風(fēng)速計(jì)是防暴風(fēng)雨雪設(shè)計(jì)的 這樣它可以在所有應(yīng)用中都免于維護(hù)。這套裝置中有一個(gè)自我控制的低壓加熱器（配合熱轉(zhuǎn)換器配件52N1200）具有自加熱功能,直接提供給一個(gè)測(cè)量裝置或者一個(gè)記錄裝置。或者直接作為輸入電壓供給整流放大器。還需要一個(gè)5芯的連接電纜。
KRIWAN風(fēng)向傳感器用來(lái)測(cè)量144種風(fēng)向。一個(gè)用來(lái)防止結(jié)冰的自調(diào)節(jié)PTC一加熱裝置和電阻器彼此連接在傳感器的端口和外罩之間用來(lái)防止靜電放電、信號(hào)通過(guò)光電方式產(chǎn)生。一個(gè)內(nèi)置的電路回路把光信號(hào)進(jìn)行解碼變成一個(gè)與極性無(wú)關(guān)的兩路信號(hào)。
氣象災(zāi)害影響風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)營(yíng)
影響風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng)的氣象災(zāi)害主要為熱帶氣旋、雷暴、龍卷風(fēng)、強(qiáng)沙塵暴、低溫及積冰等，其中以熱帶氣旋最為嚴(yán)重。2003年13號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜鵑”于2003年9月2日在汕尾登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力達(dá)12級(jí)，登陸點(diǎn)附近某風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)測(cè)風(fēng)系統(tǒng)測(cè)得極大風(fēng)速為57米/秒，風(fēng)電場(chǎng)25臺(tái)風(fēng)機(jī)中13臺(tái)受到不同程度損壞。2006年1號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“珍珠”5月18日凌晨穿過(guò)南澳島，在廣東澄海登陸，登陸時(shí)風(fēng)力12級(jí)，受其影響，南澳某風(fēng)電場(chǎng)#3機(jī)組測(cè)風(fēng)系統(tǒng)瞬風(fēng)速時(shí)達(dá)到56.5米/秒，是南澳57年來(lái)經(jīng)受的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，南澳多臺(tái)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)受損。2006年第8號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“桑美”8月10日在浙江省蒼南沿海登陸，登陸時(shí)中心附近最大風(fēng)力17級(jí)（60米/秒），中心氣壓為920百帕，浙江蒼南霞關(guān)觀測(cè)到的極大風(fēng)速68.0米/秒，福建福鼎合掌巖觀測(cè)到的75.8米/秒，受其影響，溫州蒼南鶴頂山風(fēng)電場(chǎng)28臺(tái)發(fā)電機(jī)組全部受損，其中5臺(tái)倒塌，損失慘重。然而，熱帶氣旋對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)也有其好的一面，強(qiáng)度較弱的熱帶氣旋及其外圍環(huán)流影響的區(qū)域，可以給風(fēng)電場(chǎng)帶來(lái)較長(zhǎng)的“滿(mǎn)發(fā)”時(shí)段（目前一般風(fēng)機(jī)13－25米/秒為額定風(fēng)速，大于25米/秒自動(dòng)切出）。
IEC 61400標(biāo)準(zhǔn)“風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全要求”中規(guī)定了各等級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)參數(shù)，其中將10分鐘平均最大風(fēng)速分為4級(jí)：50米/秒、42.5米/秒、37.5米/秒和30米/秒，分別對(duì)應(yīng)著不同的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)等級(jí)。為了弄清沿海各地可能受到的熱帶氣旋影響，我們以離岸3個(gè)緯距左右的海上劃分警戒線(xiàn)，進(jìn)入警戒區(qū)為影響中國(guó)沿海的熱帶氣旋，1961～2006年共挑取進(jìn)入警戒區(qū)的熱帶氣旋428個(gè)，使用上海臺(tái)風(fēng)研究所提供的熱帶氣旋影響期間沿岸各氣象站大風(fēng)資料，按站挑取這些熱帶氣旋影響下的最大風(fēng)速值，其分布見(jiàn)圖2。杭州灣以南沿海風(fēng)速基本上都在25米/秒以上，杭州灣以北大多在25米/秒以下，也就是說(shuō)杭州灣以北的風(fēng)電場(chǎng)遭遇熱帶氣旋破壞的可能性很小。風(fēng)速超過(guò)35米/秒的區(qū)域出現(xiàn)在福建北部和浙江沿海及福建南部至廣東西部和海南東部沿海，40米/秒以上的區(qū)域集中在珠江口以東的廣東沿海和海南東部沿海，最強(qiáng)發(fā)生在汕尾附近，即這些地區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)及易受到熱帶氣旋的破壞。
目前全國(guó)約75％左右的風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量在“三北”地區(qū)，這些地區(qū)冬季溫度較低，低溫成為影響風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng)的重要因素。研究表明，幾乎所有的金屬材料的疲勞極限都隨溫度的降低而提高，因此在風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中，一般當(dāng)環(huán)境溫度低于-30℃時(shí)，風(fēng)機(jī)將自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)環(huán)境溫度低于-20℃風(fēng)速超過(guò)額定風(fēng)速以后，風(fēng)機(jī)在正常運(yùn)行中會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)律的、不可預(yù)測(cè)的葉片瞬間振動(dòng)，往往造成機(jī)組停機(jī)，并且極易導(dǎo)致葉片裂紋。此外，風(fēng)電機(jī)組所使用的潤(rùn)滑油受溫度的影響也較大，因?yàn)闇囟仍降陀偷恼扯仍酱?，使其流?dòng)性變差，需要潤(rùn)滑的部位可能得不到充分的油量供應(yīng)，從而危及設(shè)備的安全。為了在低溫下風(fēng)電機(jī)組可正常運(yùn)行，在一些關(guān)鍵部件增加加熱器，進(jìn)行溫度調(diào)控。
雷暴是危及風(fēng)電場(chǎng)安全運(yùn)營(yíng)的另一重要因素。雷電釋放的巨大能量會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組葉片損壞、發(fā)動(dòng)機(jī)絕緣擊穿、控制元器件燒毀等。雷暴在我國(guó)南方發(fā)生頻率很高，因此對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的破壞也較頻繁。據(jù)深圳文德風(fēng)能技術(shù)有限公司梁志標(biāo)德統(tǒng)計(jì)，廣東紅海灣風(fēng)電場(chǎng)投產(chǎn)后發(fā)生多次雷擊事件，其中葉片被擊中率達(dá)4％，其它通信電器元件被擊中率高達(dá)20％。在我國(guó)北方夏季，雷暴雖不及南方那么嚴(yán)重，但也會(huì)破壞風(fēng)電機(jī)組，如張家口地區(qū)某風(fēng)電場(chǎng)今年9月受暴風(fēng)雨襲擊，一臺(tái)機(jī)組遭到雷擊，過(guò)后又刮起大風(fēng)，造成機(jī)組一個(gè)葉片損壞。
積冰也對(duì)風(fēng)電場(chǎng)安全影響很大，當(dāng)風(fēng)機(jī)葉片表面大量積冰時(shí)，會(huì)造成葉片負(fù)載增加，同時(shí)使粗糙度增大，從而降低機(jī)翼的氣動(dòng)性，影響機(jī)組的正常運(yùn)行。另外，風(fēng)機(jī)自帶測(cè)風(fēng)儀結(jié)冰，將使測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，風(fēng)向出現(xiàn)偏差會(huì)影響風(fēng)機(jī)主動(dòng)偏航，風(fēng)速不準(zhǔn)影響風(fēng)機(jī)正常發(fā)電。輸電線(xiàn)積冰，會(huì)因電線(xiàn)增加負(fù)重導(dǎo)致電線(xiàn)斷裂，影響電力送出。
強(qiáng)沙塵暴發(fā)生時(shí)往往風(fēng)力達(dá)8級(jí)以上，有的甚至可達(dá)12級(jí)，大風(fēng)造成風(fēng)機(jī)停機(jī)是顯而易見(jiàn)的。同時(shí)大風(fēng)夾帶的沙礫不僅會(huì)使葉片表面嚴(yán)重磨損，甚至?xí)斐扇~面凹凸不平，影響風(fēng)機(jī)出力；另外還會(huì)破壞葉片的強(qiáng)度和韌性，影響風(fēng)機(jī)的性能。
總之，熱帶氣旋、雷暴、強(qiáng)沙塵暴、低溫和積冰均會(huì)影響風(fēng)電場(chǎng)的安全，在風(fēng)電場(chǎng)選址和可行性研究中要予以充分的關(guān)注，在風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行過(guò)程中要有完備的防范措施。
風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)儀故障原因
根據(jù)測(cè)風(fēng)場(chǎng)業(yè)內(nèi)人員測(cè)風(fēng)設(shè)備運(yùn)行情況介紹，淺談一下測(cè)風(fēng)設(shè)備出現(xiàn)故障的幾點(diǎn)原因，僅供參考。
?。?）雷暴天氣易導(dǎo)致風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀損壞。
?。?）測(cè)鳳設(shè)備長(zhǎng)期在潮濕環(huán)境下運(yùn)行，壽命縮短。
（3）線(xiàn)路捆扎不結(jié)實(shí)，大風(fēng)天氣造成線(xiàn)路中斷。
（4）風(fēng)速儀保護(hù)等級(jí)不高，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入沙塵失靈，甚至使風(fēng)速傳感器抱死。
?。?）常溫測(cè)風(fēng)設(shè)備在低溫、惡劣環(huán)境下工作失靈。
技術(shù)設(shè)計(jì)原則：針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測(cè)風(fēng)儀的特殊要求，德國(guó)kriwan工業(yè)電子有限公司研制并開(kāi)發(fā)INT系列測(cè)風(fēng)傳感器用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。INT系列測(cè)風(fēng)儀具有防海水腐蝕，自加熱功能，抗震性能好，抗高頻電磁干擾( ENV 50140 Teil 3, E=100V/m, 30...1000MHz), 防極性接反(連接)，旋轉(zhuǎn)葉片在高風(fēng)速時(shí)不變形，風(fēng)向指針有極強(qiáng)的抗沖擊和振動(dòng)的能力，無(wú)掃描間隙(真正360 ° 掃描)等特點(diǎn)。
1．防海水腐蝕：Int 系列測(cè)風(fēng)儀采用全鋁鎂合金設(shè)計(jì)而成，表面通過(guò)防腐層處理，具有防海水腐蝕功能，為海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組達(dá)到了有力的安全保障。
2．自加熱功能：德國(guó)kriwan工業(yè)電子有限公司自主研發(fā)PTC100熱敏電阻用于Int系列測(cè)風(fēng)儀，PTC100熱敏電阻感應(yīng)溫度變化隨著溫度的降低而加熱，隨著溫度的增高而而降低。工作功率可達(dá)18W-20W。測(cè)風(fēng)儀因全鋁鎂合金設(shè)計(jì)，加熱時(shí)通體加熱均勻，有效除去因冰雪天氣而影響測(cè)風(fēng)儀結(jié)冰的現(xiàn)象。
3．抗震性能好：該系列測(cè)風(fēng)傳感器具有抗震性的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，風(fēng)速傳感器風(fēng)杯與風(fēng)向傳感器的尾翼有專(zhuān)業(yè)的抗震凹槽設(shè)計(jì)，為避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的震動(dòng)而影響測(cè)風(fēng)儀的數(shù)據(jù)傳輸。
4．抗高頻電磁干擾：內(nèi)置的高性能處理芯片為德國(guó)kriwan公司試驗(yàn)成功的高科技成果，有效防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的高頻電磁干擾而影響測(cè)風(fēng)儀的數(shù)據(jù)傳輸。
5．旋轉(zhuǎn)葉片高風(fēng)速不變形：Int 系列測(cè)風(fēng)儀因采用全鋁鎂合金設(shè)計(jì)，應(yīng)用特殊材質(zhì)，在高風(fēng)速旋轉(zhuǎn)葉片時(shí)不變形。不會(huì)因?yàn)楦唢L(fēng)速而損壞。
6．防極性接反：專(zhuān)業(yè)的傳感器接口設(shè)計(jì)，航空插頭為防極性接反特殊設(shè)計(jì)。
7．IP64保護(hù)等級(jí)：為防沙絕塵，防水做好有力的安全保護(hù)等級(jí)。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組常用的INT系列測(cè)風(fēng)儀
INT 10 風(fēng)速傳感器
測(cè)量范圍 0...50m/s
精確度 ± 0,5m/s (v ≦ 50m/s);± 3% (v > 50m/s) FS
分辨率 <0,1m/s
啟動(dòng)風(fēng)速 <0,4m/s
信號(hào)輸出 DC 4...20mA, limited to 20,5mA
連接 DC 24V +50/-25%, 防反向連接
連接方式 5 極性插頭(M12)
定點(diǎn)連接導(dǎo)線(xiàn) 4 x 0,75mm2
加熱 自控加熱，供電AC/DC 30V ±20% 最大. 20VA
安裝 管狀桅桿?48 mm ? 桅桿內(nèi)部最小37mm
尺寸 60x115mm, rotating vane風(fēng)向標(biāo) ? 212mm
桅桿安裝 2 VA-翼型螺釘 M8x16mm
重量 400g (有線(xiàn)纜連接時(shí)600g)
INT 30 風(fēng)向傳感器
測(cè)量范圍 64 levels (± 5.625°)
精確度 ± 5,625°
開(kāi)始風(fēng)速 <0,4m/s
信號(hào)輸出 DC 4...20mA, limited to 20,5mA
連接 DC 24V ±25%, 防反向連接
連接方式 5-pole plug (M12)
定點(diǎn)連接導(dǎo)線(xiàn) 4 x 0,75mm2
加熱 自控加熱，連接AC/DC 30V ±20% 最大. 20VA
安裝 pipe type mast ?48 mm, ? inside at least 37mm
尺寸 60x105mm, length of wind arrov 358mm
桅桿安裝 2 VA-wing screw M8x16mm
重量 500g
結(jié)束語(yǔ)：德國(guó)kriwan工業(yè)電子有限公司致力于安全防護(hù)為基準(zhǔn)， 以風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠為目的，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全作好有力保障。
（轉(zhuǎn)載）
