风力发电机组测风仪的重要性

　　——德国kriwan测风仪在风力发电上的应用

　　摘要：
     
　　INT系列风速风向计用来测量和监控风力和风向的仪器 例如用在监控起重机的安装,风力发电场,测风塔,滑雪,空中索道,建筑管系统,盲人保护,气象站和科学研究等。该系列产品属全金属设计(铝)),小巧美观,宽温度范围(-40...70°C),真实的偏差指示,没有“线性错误“,在抗冲击和振动上标准高(宽带噪声), 100%无需维护,旋转叶片在高风速时不变形,防沙尘防海水腐蚀,低启动风速(<0.4 m/s),抗高频电磁干扰( ENV 50140 Teil 3, E=100V/m, 30...1000MHz),适合高端环境应用.该系列产品已经通过了ISO9001/2000管理体系认证,UL,CSA,CE国际认证,具有IP64的保护等级认证。

　　功能描述
     
　　KRIWAN叶片风速计是防暴风雨雪设计的 这样它可以在所有应用中都免于维护。这套装置中有一个自我控制的低压加热器（配合热转换器配件52N1200）具有自加热功能,直接提供给一个测量装置或者一个记录装置。或者直接作为输入电压供给整流放大器。还需要一个5芯的连接电缆。
     
　　KRIWAN风向传感器用来测量144种风向。一个用来防止结冰的自调节PTC一加热装置和电阻器彼此连接在传感器的端口和外罩之间用来防止静电放电、信号通过光电方式产生。一个内置的电路回路把光信号进行解码变成一个与极性无关的两路信号。

　　气象灾害影响风电场风力发电机组的安全运营
　　 
　　影响风电场安全运营的气象灾害主要为热带气旋、雷暴、龙卷风、强沙尘暴、低温及积冰等，其中以热带气旋最为严重。2003年13号台风“杜鹃”于2003年9月2日在汕尾登陆，登陆时中心附近最大风力达12级，登陆点附近某风电场风机测风系统测得极大风速为57米/秒，风电场25台风机中13台受到不同程度损坏。2006年1号强台风“珍珠”5月18日凌晨穿过南澳岛，在广东澄海登陆，登陆时风力12级，受其影响，南澳某风电场#3机组测风系统瞬风速时达到56.5米/秒，是南澳57年来经受的最强台风，南澳多台风电场风机受损。2006年第8号超强台风“桑美”8月10日在浙江省苍南沿海登陆，登陆时中心附近最大风力17级（60米/秒），中心气压为920百帕，浙江苍南霞关观测到的极大风速68.0米/秒，福建福鼎合掌岩观测到的75.8米/秒，受其影响，温州苍南鹤顶山风电场28台发电机组全部受损，其中5台倒塌，损失惨重。然而，热带气旋对风电场的运营也有其好的一面，强度较弱的热带气旋及其外围环流影响的区域，可以给风电场带来较长的“满发”时段（目前一般风机13－25米/秒为额定风速，大于25米/秒自动切出）。

　　IEC 61400标准“风力发电机组安全要求”中规定了各等级风力发电机组设计参数，其中将10分钟平均最大风速分为4级：50米/秒、42.5米/秒、37.5米/秒和30米/秒，分别对应着不同的风机设计等级。为了弄清沿海各地可能受到的热带气旋影响，我们以离岸3个纬距左右的海上划分警戒线，进入警戒区为影响中国沿海的热带气旋，1961～2006年共挑取进入警戒区的热带气旋428个，使用上海台风研究所提供的热带气旋影响期间沿岸各气象站大风资料，按站挑取这些热带气旋影响下的最大风速值，其分布见图2。杭州湾以南沿海风速基本上都在25米/秒以上，杭州湾以北大多在25米/秒以下，也就是说杭州湾以北的风电场遭遇热带气旋破坏的可能性很小。风速超过35米/秒的区域出现在福建北部和浙江沿海及福建南部至广东西部和海南东部沿海，40米/秒以上的区域集中在珠江口以东的广东沿海和海南东部沿海，最强发生在汕尾附近，即这些地区的风电场及易受到热带气旋的破坏。

　　 　　目前全国约75％左右的风机装机容量在“三北”地区，这些地区冬季温度较低，低温成为影响风电场安全运营的重要因素。研究表明，几乎所有的金属材料的疲劳极限都随温度的降低而提高，因此在风机设计中，一般当环境温度低于-30℃时，风机将自动停机。当环境温度低于-20℃风速超过额定风速以后，风机在正常运行中会发生无规律的、不可预测的叶片瞬间振动，往往造成机组停机，并且极易导致叶片裂纹。此外，风电机组所使用的润滑油受温度的影响也较大，因为温度越低油的粘度越大，使其流动性变差，需要润滑的部位可能得不到充分的油量供应，从而危及设备的安全。为了在低温下风电机组可正常运行，在一些关键部件增加加热器，进行温度调控。

　　雷暴是危及风电场安全运营的另一重要因素。雷电释放的巨大能量会造成风电机组叶片损坏、发动机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。雷暴在我国南方发生频率很高，因此对风电场的破坏也较频繁。据深圳文德风能技术有限公司梁志标德统计，广东红海湾风电场投产后发生多次雷击事件，其中叶片被击中率达4％，其它通信电器元件被击中率高达20％。在我国北方夏季，雷暴虽不及南方那么严重，但也会破坏风电机组，如张家口地区某风电场今年9月受暴风雨袭击，一台机组遭到雷击，过后又刮起大风，造成机组一个叶片损坏。

　　积冰也对风电场安全影响很大，当风机叶片表面大量积冰时，会造成叶片负载增加，同时使粗糙度增大，从而降低机翼的气动性，影响机组的正常运行。另外，风机自带测风仪结冰，将使测风数据不准，风向出现偏差会影响风机主动偏航，风速不准影响风机正常发电。输电线积冰，会因电线增加负重导致电线断裂，影响电力送出。

　　强沙尘暴发生时往往风力达8级以上，有的甚至可达12级，大风造成风机停机是显而易见的。同时大风夹带的沙砾不仅会使叶片表面严重磨损，甚至会造成叶面凹凸不平，影响风机出力；另外还会破坏叶片的强度和韧性，影响风机的性能。

　　总之，热带气旋、雷暴、强沙尘暴、低温和积冰均会影响风电场的安全，在风电场选址和可行性研究中要予以充分的关注，在风电场的运行过程中要有完备的防范措施。
 
　　风电场测风仪故障原因
  
　　根据测风场业内人员测风设备运行情况介绍，浅谈一下测风设备出现故障的几点原因，仅供参考。
　　（1）雷暴天气易导致风向标、风速仪损坏。
　　（2）测凤设备长期在潮湿环境下运行，寿命缩短。
　　（3）线路捆扎不结实，大风天气造成线路中断。
　　（4）风速仪保护等级不高，会导致进入沙尘失灵，甚至使风速传感器抱死。
　　（5）常温测风设备在低温、恶劣环境下工作失灵。

　　技术设计原则：针对风电场风力发电机组测风仪的特殊要求，德国kriwan工业电子有限公司研制并开发INT系列测风传感器用于风力发电机组的安全运行。INT系列测风仪具有防海水腐蚀，自加热功能，抗震性能好，抗高频电磁干扰( ENV 50140 Teil 3, E=100V/m, 30...1000MHz), 防极性接反(连接)，旋转叶片在高风速时不变形，风向指针有极强的抗冲击和振动的能力，无扫描间隙(真正360 ° 扫描)等特点。
 
　　1．防海水腐蚀：Int 系列测风仪采用全铝镁合金设计而成，表面通过防腐层处理，具有防海水腐蚀功能，为海上风力发电机组达到了有力的安全保障。

　　2．自加热功能：德国kriwan工业电子有限公司自主研发PTC100热敏电阻用于Int系列测风仪，PTC100热敏电阻感应温度变化随着温度的降低而加热，随着温度的增高而而降低。工作功率可达18W-20W。测风仪因全铝镁合金设计，加热时通体加热均匀，有效除去因冰雪天气而影响测风仪结冰的现象。

　　3．抗震性能好：该系列测风传感器具有抗震性的专业设计，风速传感器风杯与风向传感器的尾翼有专业的抗震凹槽设计，为避免风力发电机组的震动而影响测风仪的数据传输。

　　4．抗高频电磁干扰：内置的高性能处理芯片为德国kriwan公司试验成功的高科技成果，有效防止风力发电机组产生的高频电磁干扰而影响测风仪的数据传输。
　　5．旋转叶片高风速不变形：Int 系列测风仪因采用全铝镁合金设计，应用特殊材质，在高风速旋转叶片时不变形。不会因为高风速而损坏。

　　6．防极性接反：专业的传感器接口设计，航空插头为防极性接反特殊设计。

　　7．IP64保护等级：为防沙绝尘，防水做好有力的安全保护等级。
 
　　风力发电机组常用的INT系列测风仪
 
 　　INT 10 风速传感器
　　
　　测量范围 0...50m/s
　　精确度 ± 0,5m/s (v ≦ 50m/s);± 3% (v > 50m/s) FS
　　分辨率 <0,1m/s
　　启动风速 <0,4m/s
　　信号输出 DC 4...20mA, limited to 20,5mA
　　连接 DC 24V +50/-25%, 防反向连接
　　连接方式 5 极性插头(M12)
　　定点连接导线 4 x 0,75mm2
　　加热 自控加热，供电AC/DC 30V ±20% 最大. 20VA 
　　安装 管状桅杆Ø48 mm Ø 桅杆内部最小37mm
　　尺寸 60x115mm, rotating vane风向标 Ø 212mm
　　桅杆安装 2 VA-翼型螺钉 M8x16mm
　　重量 400g (有线缆连接时600g) 

　　INT 30 风向传感器
 
　　测量范围 64 levels (± 5.625°)
　　精确度 ± 5,625°
　　开始风速 <0,4m/s
　　信号输出 DC 4...20mA, limited to 20,5mA
　　连接 DC 24V ±25%, 防反向连接
　　连接方式 5-pole plug (M12) 
　　定点连接导线 4 x 0,75mm2
　　加热 自控加热，连接AC/DC 30V ±20% 最大. 20VA
　　安装 pipe type mast Ø48 mm, Ø inside at least 37mm
　　尺寸 60x105mm, length of wind arrov 358mm
　　桅杆安装 2 VA-wing screw M8x16mm
　　重量 500g  

　　结束语：德国kriwan工业电子有限公司致力于安全防护为基准， 以风电场的风力发电机组运行稳定，安全可靠为目的，确保风力发电机的运行安全作好有力保障。

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