高原型风力发电机组的优化

刘英杰

（华能大理风力发电有限公司，云南 大理 671000）

1 高原风电场的分布

在经典的风电教科书内，我国的风资源分布以北方地区及西南沿海地区的风资源分布较好，高原地区因风能密度低，不属于风资源丰富地区，但经过实际的风电运行情况，目前我国云南地区，尤其是以云南省大理州为中心的周边地区的风资源分布也满足风电建设的经济成本分析，以云南省大理州华能大理五子坡风电场为例，测风数据50m高度的年平均风速为 9.5m/s，年平均风功率密度为557W/m2，风功率密度等级属五级，年有效利用小时数大于 8200h，以目前云南地区的上网标杆电价看，该风场建设有着良好的经济效益及社会效益。从目前的风电建设规划看，云贵地区以及西藏、新疆地区将大力开发风能资源，而这部分风电场均属于高原风场。

2 高原风电场环境特点

以云南地区为例，风电场多分布于各地区的山脉山脊上，此处海拔高度多在 2500-3400之间，云南地区紫外线照射强烈，山脊为雾气多发地段，空气稀薄影响设备的绝缘、散热性能。

3 高原风电场风力发电机组解决方案

由于高原地区的特殊环境条件，高原风电场要对风机设备进行优化，才能满足机组在高原地区的安全稳定运行。五子坡风电场的高原型风机进行了一下几个方面的优化。五子坡风电场采用南车株洲电力机车研究所有限公司生产的WT1500-C高原型风力发电机组，该机型为适应云南地区高原气候环境条件有针对性的进行机组设计和技术改造。主要表现在以下几个方面。

3.1 电气元件的性能优化

针对高原环境气候特点，根据国标 GB/T 20645-2006（特殊环境条件高原用低压电器技术要求）和国标GB/T 22580-2008（特殊环境条件高原电气设备技术要求 低压成套开关设备和控制设备），对所有电气产品的电气距离、绝缘电压、工频耐压、冲击耐压均按表1进行相应修正处理应用，对所有电气元件进行降容应用，如断路器、继电器、接触器、电源等的容量，按表2进行校核其容量。对不满组高原运行的电气元件进行更换或对电压进行相应的调整。例如将常规风机出口电压为690V改为620V输出。

表1 电气间隙和爬电距离修正系数

表2 断路器、继电器、接触器等参数的修正系数

3.2 电控系统优化

1）采用高原户外型PLC系统。

2）增加干式变压器容量。

3）干式变压器选型及高海拔、防潮湿措施。

（1）干式变压器选型：建议选SC系列的，该系列为环氧树脂浇注型。

（2）针对高原情况下干式变压器设计：3600m高海拔条件下的变压器设计时温升设计将比正常温升限值至少降低15%进行电磁计算。

（3）变压器的绝缘设计，也要考虑增大绝缘尺寸，加包绝缘等，3600m海拔下其绝缘设计要按照比正常耐压水平提高40%考虑绝缘结构。

（4）防潮湿。潮湿环境下，线圈及导电体处理，并采用真空浸漆工艺浸渍具有良好“三防”性能的高强度无溶剂绝缘浸渍漆。然后表面再按照特殊工艺喷涂具有良好的防潮、防霉、高电气性能的表面绝缘磁漆。

3.3 发电机优化

发电机进行重新设计，具体如下：

1）改变定、转子冲片槽形，重新更新设计绕组。

2）针对高海拔特点提高冷却效果，重新设计水道、风扇、风道等。

3）更新绝缘设计，提高绝缘自然老化寿命。

4）对润滑脂等材料的理化性能予以重新认定、选择。

5）围绕上述各点对零部件的设计进行调整。

3.4 动力系统优化

由于海拔高，空气稀薄，转子和定子之间的间隙的导磁能力差，直接影响到电机的额定功率输出，因此电机高原地区使用也需降容处理。例如：常规风机偏航电机单台功率2.2kW，共有4台，总功率为8.8kW。在海拔4000m，电机降容15%来考虑，向上反推电机功率需求：8/(1-15%)=9.4kW，因此，偏航电机功率选定为3kW，四个共12kW，以满足运行要求。

变桨系统选用的变频器可以用在海拔4000m的地区，绝缘等级满足要求，但是考虑到散热问题，变频器需要降容使用，以海拔 1000m为基准，每1000m降容 5%，即海拔 4000m高度时需降容3×5%=15%。在高原风机中也应采用容量更高的变频器。

3.5 防雷优化方案

由于风电场多处于山脊上，属于雷电多发地带，为满足高原型风机的防雷要求，要增加防雷接闪点的数量、增加叶片中的防雷下引导线截面积等。

3.6 防潮优化方案

方案 1：在保证柜体密封效果的前提下，增加机舱控制柜和塔基柜内柜体加热器的功率（由250W增加到400W），同时增加湿度控制器。在控制系统上电前，开启柜体加热器、水热交换器风扇、机舱控制柜循环风扇，通过水热交换器除湿，直到湿度降到设定值，才起动控制系统，从而起动风机。此种方案适合凝露不是特别严重的情况。

方案 2：若凝露现象特别严重，可以在柜体内增加半导体除湿机H2OMIT进行除湿，除湿机将空气中的气态水吸入内部冷却形成液态水通过排水管直接排出柜体外部，降低柜内湿度。

3.7 防紫外线优化方案

1）据资料统计，高原地区紫外线强度比海平面高1.5～2.5倍，高原型风力发电机组机舱罩、轮毂罩除具有防雨、防尘、防盐蚀等平原风电机组的功能外，其主要组成材料——胶衣的抗紫外线能力需要进行加强。要求选用具有优异抗紫外线老化性能和长久耐候性的高品质胶衣，其胶衣必须通过QUV抗老化仪3000h 紫外线照射测试。

2）增加塔筒、叶片油漆干膜厚度。

4 结论

随着十二五规划开展，国家大力开发云贵川地区，经济高速有序发展，该地区的新能源产业的开发将有效推动经济的发展，满足地区经济发展的能源需求，因此，该地区的高原环境的特殊性，就要求我们要针对该地区的风机等电气设备进行优化，在设计及建设过程中摸索出高原型风电机组的特性，以满组风电场的安全稳定运行。

[1]南车株洲电力机车研究所有限公司《WT1500-C高原型风力发电机组直击雷和感应雷保护技术规范》.

[2]南车株洲电力机车研究所有限公司《WT1500/D82/H65，IEC S类高原型风力发电机组性能说明书》.