高原風(fēng)電場(chǎng)的分布

在經(jīng)典的風(fēng)電教科書內(nèi)，我國(guó)的風(fēng)資源分布以北方地區(qū)及西南沿海地區(qū)的風(fēng)資源分布較好，高原地區(qū)因風(fēng)能密度低，不屬于風(fēng)資源豐富地區(qū)，但經(jīng)過實(shí)際的風(fēng)電運(yùn)行情況，目前我國(guó)云南地區(qū)，尤其是以云南省大理州為中心的周邊地區(qū)的風(fēng)資源分布也滿足風(fēng)電建設(shè)的經(jīng)濟(jì)成本分析。

以云南省大理州華能大理五子坡風(fēng)電場(chǎng)為例，測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)50m高度的年平均風(fēng)速為9.5m/s，年平均風(fēng)功率密度為557W/m²，風(fēng)功率密度等級(jí)屬五級(jí)，年有效利用小時(shí)數(shù)大于8200h，以目前云南地區(qū)的上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)看，該風(fēng)場(chǎng)建設(shè)有著良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。從目前的風(fēng)電建設(shè)規(guī)劃看，云貴地區(qū)以及西藏、新疆地區(qū)將大力開發(fā)風(fēng)能資源，而這部分風(fēng)電場(chǎng)均屬于高原風(fēng)場(chǎng)。

高原風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)

以云南地區(qū)為例，風(fēng)電場(chǎng)多分布于各地區(qū)的山脈山脊上，此處海拔高度多在2500-3400之間，云南地區(qū)紫外線照射強(qiáng)烈，山脊為霧氣多發(fā)地段，空氣稀薄影響設(shè)備的絕緣、散熱性能。

高原風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組解決方案

由于高原地區(qū)的特殊環(huán)境條件，高原風(fēng)電場(chǎng)要對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，才能滿足機(jī)組在高原地區(qū)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。五子坡風(fēng)電場(chǎng)的高原型風(fēng)機(jī)進(jìn)行了幾個(gè)方面的優(yōu)化。

五子坡風(fēng)電場(chǎng)采用南車株洲電力機(jī)車研究所有限公司生產(chǎn)的WT1500-C高原型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該機(jī)型為適應(yīng)云南地區(qū)高原氣候環(huán)境條件有針對(duì)性的進(jìn)行機(jī)組設(shè)計(jì)和技術(shù)改造。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1 電氣元件的性能優(yōu)化

針對(duì)高原環(huán)境氣候特點(diǎn)，對(duì)所有電氣產(chǎn)品的電氣距離、絕緣電壓、工頻耐壓、沖擊耐壓均按表1進(jìn)行相應(yīng)修正處理應(yīng)用，對(duì)所有電氣元件進(jìn)行降容應(yīng)用，如斷路器、繼電器、接觸器、電源等的容量，按表2進(jìn)行校核其容量。對(duì)不滿組高原運(yùn)行的電氣元件進(jìn)行更換或?qū)﹄妷哼M(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。例如：將常規(guī)風(fēng)機(jī)出口電壓為690V改為620V輸出。

表1 電氣間隙和爬電距離修正系數(shù)

表2 斷路器、繼電器、接觸器等參數(shù)的修正系數(shù)

2 電控系統(tǒng)優(yōu)化

1、采用高原戶外型PLC系統(tǒng)；

2、增加干式變壓器容量；

3、干式變壓器選型及高海拔、防潮濕措施：

（1）干式變壓器選型：建議選SC系列的，該系列為環(huán)氧樹脂澆注型；

（2）針對(duì)高原情況下干式變壓器設(shè)計(jì)：3600m高海拔條件下的變壓器設(shè)計(jì)時(shí)溫升設(shè)計(jì)將比正常溫升限值至少降低15％進(jìn)行電磁計(jì)算；

（3）變壓器的絕緣設(shè)計(jì)，也要考慮增大絕緣尺寸，加包絕緣等，3600m海拔下其絕緣設(shè)計(jì)要按照比正常耐壓水平提高40％考慮絕緣結(jié)構(gòu)。

（4）防潮濕：潮濕環(huán)境下，線圈及導(dǎo)電體處理，并采用真空浸漆工藝浸漬具有良好“三防”性能的高強(qiáng)度無(wú)溶劑絕緣浸漬漆。然后表面再按照特殊工藝噴涂具有良好的防潮、防霉、高電氣性能的表面絕緣磁漆。

3 發(fā)電機(jī)優(yōu)化

發(fā)電機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，具體如下：

（1）改變定、轉(zhuǎn)子沖片槽形，重新更新設(shè)計(jì)繞組。

（2）針對(duì)高海拔特點(diǎn)提高冷卻效果，重新設(shè)計(jì)水道、風(fēng)扇、風(fēng)道等。

（3）更新絕緣設(shè)計(jì)，提高絕緣自然老化壽命。

（4）對(duì)潤(rùn)滑脂等材料的理化性能予以重新認(rèn)定、選擇。

（5）圍繞上述各點(diǎn)對(duì)零部件的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。

4 動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化

由于海拔高，空氣稀薄，轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙的導(dǎo)磁能力差，直接影響到電機(jī)的額定功率輸出，因此電機(jī)高原地區(qū)使用也需降容處理。例如：常規(guī)風(fēng)機(jī)偏航電機(jī)單臺(tái)功率2.2KW，共有4臺(tái)，總功率為8.8KW。

在海拔4000m，電機(jī)降容15%來考慮，向上反推電機(jī)功率需求：8÷（1-15%）=9.4kW，因此，偏航電機(jī)功率選定為3kW，四個(gè)共12kW，以滿足運(yùn)行要求。

變槳系統(tǒng)選用的變頻器可以用在海拔4000米的地區(qū)，絕緣等級(jí)滿足要求，但是考慮到散熱問題，變頻器需要降容使用，以海拔1000米為基準(zhǔn)，每1000米降容5%，即海拔4000米高度時(shí)需降容：3*5%=15%。在高原風(fēng)機(jī)中也應(yīng)采用容量更高的變頻器。

5 防雷優(yōu)化方案

由于風(fēng)電場(chǎng)多處于山脊上，屬于雷電多發(fā)地帶，為滿足高原型風(fēng)機(jī)的防雷要求，要增加防雷接閃點(diǎn)的數(shù)量、增加葉片中的防雷下引導(dǎo)線截面積等。

6 防潮優(yōu)化方案

方案一 ：在保證柜體密封效果的前提下，增加機(jī)艙控制柜和塔基柜內(nèi)柜體加熱器的功率（由250W增加到400W），同時(shí)增加濕度控制器。在控制系統(tǒng)上電前，開啟柜體加熱器、水熱交換器風(fēng)扇、機(jī)艙控制柜循環(huán)風(fēng)扇，通過水熱交換器除濕，直到濕度降到設(shè)定值，才啟動(dòng)控制系統(tǒng)，從而啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。此種方案適合凝露不是特別嚴(yán)重的情況。

方案二：若凝露現(xiàn)象特別嚴(yán)重，可以在柜體內(nèi)增加半導(dǎo)體除濕機(jī)H2OMIT進(jìn)行除濕，除濕機(jī)將空氣中的氣態(tài)水吸入內(nèi)部冷卻形成液態(tài)水通過排水管直接排出柜體外部，降低柜內(nèi)濕度。

7 防紫外線優(yōu)化方案

1）據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，高原地區(qū)紫外線強(qiáng)度比海平面高1.5～2.5倍，高原型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩、輪轂罩除具有防雨、防塵、防鹽蝕等平原風(fēng)電機(jī)組的功能外，其主要組成材料——膠衣的抗紫外線能力需要進(jìn)行加強(qiáng)。要求選用具有優(yōu)異抗紫外線老化性能和長(zhǎng)久耐候性的高品質(zhì)膠衣，其膠衣必須通過QUV抗老化儀3000h 紫外線照射測(cè)試。

2）增加塔筒、葉片油漆干膜厚度。

總結(jié)

云貴川地區(qū)經(jīng)濟(jì)高速有序發(fā)展，該地區(qū)的新能源產(chǎn)業(yè)的開發(fā)將有效推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，滿足地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源需求。因此，該地區(qū)的高原環(huán)境的特殊性，就要求我們要針對(duì)該地區(qū)的風(fēng)機(jī)等電氣設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，在設(shè)計(jì)及建設(shè)過程中摸索出高原型風(fēng)電機(jī)組的特性，以滿組風(fēng)電場(chǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（本文選編自《電氣技術(shù)》，作者為劉英杰。）