风力发电机组中的安全系统(1)

1.安全系统在风力发电机组运行中的地位

安全生产是我国风电场管理的一项基本原则。而风电场则主要是由风力发电机组组成，所以风力发电机组的运行安全是风电场最重要的。控制系统是风力发电机的核心部件，是风力发电机组安全运行的根本保证，所以为了提高风力发电机组的运行安全性，必须从控制系统的安全性和可靠性设计开始，根据风力发电机组控制系统的发电、输电、运行控制等不同环节的特点，在设备从安装到运行的全部过程中，切实把好安全质量关，不断寻找提高风力发电机组安全可靠性的途径和方法。

风力发电机组的安全生产是一项安全系统工程，而控制系统是风力发电机组的重要组成部分，它的安全系统构成整个安全系统的一部分，需要以系统论，信息论，控制论为基础，研究人、设备的生产管理，研究事故、预防事故的一门科学。从系统的观点，纵向从设计、制造、安装、试验、运行、检修进行全面分析，横向从元器件购买，工艺、规程、标准、组织和管理等全面分析最后进行全面综合评价。目的使风力发电系统各不安全因素减到最小，达到最佳安全状态生产。

2.机组控制运行安全保护系统

(1).大风保护安全系统机组设计有切入风速Vg，停机风速Vt，一般取10分钟25m/s的风速为停机风速；由于此时风的能量很大，系统必须采取保护措施，在停机前对失速型风机，风轮叶片自动降低风能的捕获，风力发电机组组的功率输出仍然保持在额定功率左右，而对于变浆距风机必须调节叶变距角，实现功率输出的调节，限制最大功率的输出，保证发电机运行安全。当大风停机时，机组必须按照安全程序停机。停机后，风力发电机组组必须90°对风控制。

(2).参数越限保护风力发电机组组运行中，有许多参数需要监控，不同机组运行的现场，规定越限参数值不同，温度参数由计算机采样值和实际工况计算确定上下限控制，压力参数的极限，采用压力继电器，根据工况要求，确定和调整越限设定值，继电器输入触点开关信号给计算机系统，控制系统自动辨别处理。电压和电流参数由电量传感器转换送入计算机控制系统，根据工况要求和安全技术要求确定越限电流电压控制的参数。

(3).电压保护指对电气装置元件遭到的瞬间高压冲击所进行的保护，通常对控制系统交流电源进行隔离稳压保护，同时装置加高压瞬态吸收元件，提高控制系统的耐高压能力。

(4).电流保护控制系统所有的电器电路(除安全链外)都必须加过流保护器，如保险丝、空气开关。

(5).振动保护机组设有三级振动频率保护，振动球开关、振动频率上限1、振动频率极限2，当开关动作时，系统将分级进行处理。

(6).开机保护设计机组开机正常顺序控制，对于定桨距失速异步风力发电机组采取软切控制限制并网时对电网的电冲击；对于同步风力发电机，采取同步、同相、同压并网控制，限制并网时的电流冲击。

(7).关机保护风力发电机组组在小风、大风及故障时需要安全停机，停机的顺序应先空气气动制动，然后，软切除脱网停机。软脱网的顺序控制与软并网的控制基本一致。

(8).紧急停机安全链保护紧急停机是机组安全保护的有效屏障，当振动开关动作、转速超转速、电网中断、机组部件突然损坏或火灾时，风力发电机组组紧急停机，系统的安全链动作，将有效的保护系统各环节工况安全，控制系统在3秒钟左右，将机组平稳停止。

3.电气接地保护系统

(1).接地的基本概念

A.接地装置

电器设备的任何部分与土壤间作良好的电器连接成为接地，与土壤直接接触的金属体称为接地体。连接接地体与电器设备之间的金属导线称为接地线.接地祥和接地体和称为接地装置。接地在正常情况或事故情况下，为了保证电器设备的安全运行，必须将电控制系统一点进行接地，如把变压器的中心点接地，称为工作接地。

B.保护接地

为了防止由于绝缘损坏而造成触电危险，把电器设备不带电的金属外壳用导线和接地装置相连接，控制板、电动机外壳接地，称为保护接地。

C.接地的作用

保护接地的作用电器设备的绝缘一旦击穿，可见其外壳对地电压限制在安全电压以内，防止人身触电事故。

保护接零的作用电器设备的绝缘一旦击穿，会形成阻抗很小的短路电路，产生很大的短路电流，促使熔体在允许时间内切断故障电路，以免发生触电伤亡事故。

工作接地的作用降低人体的接触电压，迅速切断故障设备，降低电器设备和电力线路设计的绝缘水平。

D.重复接地

在风场中性点接地系统中，中性点直接接地的低压线路，塔筒处(中性点)零线应重复接地；无专用零线或用金属外皮作零线的低压电缆应重复接地，电缆和架空线在引入建筑物处，如离接地点超过50M，应将零线接地，采用金属管配线时，应将金属管与零线连接后再重复接地，采用塑料管配线时，在管外应敷设界面不小于10mm2的钢线与零线连接后再重复接地。

每一重复接地电阻不超过10Ω，而电源(变压器)容量在100kVA以下者，每一重复接地电阻不超过30Ω，但至少要有3处进行重复接地。

(2)、机组接地保护装置

A、接地体分为人工接地体和自然界接地体。接地装置应充分利用与大地有可靠连接的自然接地即体塔筒和地基，但为了可靠接地，可自行设计人工接地体与塔筒和地基相连组成接地网，这样具有较好的防雷电和大电流、大电压的冲击，同时必须安装绕线环和接地棒的接地设计装置，即接地保护装置。

B、人工接地体不应埋设在垃圾、炉渣和强烈腐蚀性土壤处，埋设时接地体深度不小于0.6m，垂直接地体长度应不小于2.5m，埋入后周围要用新土敦实。

C、接地体连接应采用搭接焊，搭接长度为扁钢长度的2倍，并由三个邻边施焊，为园钢直径的六倍，并由两面施焊。接地体与接地线连接，应采用可拆卸的螺栓联结，以便测试电阻。