歌美飒G52/58-850kW型风机通信故障诊断及优化

◎高伟刚

歌美飒G52/58-850kW型风机通信故障诊断及优化

◎高伟刚

歌美飒G52/58-850kW型风机顶部与底部（远程监控、就地监控、顶底部控制器）控制柜间通信采用高透明聚合物的塑料光纤传输，信号传输不稳定，使顶部控制器与底部控制器之间数据传输信号失真，造成通信故障频发，直接影响机组的发电量及可利用率。将原塑料材质光纤替换为多模玻璃光纤，同时对光纤接头结构进行优化，可完全满足机组通信要求，降低通信故障发生概率，对提高机组安全性、运行效率方面效益明显。

早期歌美飒G52/58-850kW型风机顶部底部控制柜通信采用高透明聚合物型的塑料光纤，存在衰减程度大、传输性能随着运行年限的增长在逐渐衰减、光纤接头随环境温度变化易变形等缺点，引起数据传输过程中信号失真，造成通信故障频发，直接影响机组的发电量及可利用率。目前主流风力发电机组顶部底部控制柜通信均采用玻璃材质的单模或多模光纤进行通信传输，玻璃材质光纤具有传输频带宽、损耗低、抗干扰能力强，传输稳定可靠等特点。经过分析论证，将原替换为多模玻璃光纤，同时对光纤接头结构进行优化，优化为V-PIN接头，可满足机组通信要求，信号传输性能稳定，通信故障发生频率大幅下降（80%）。若根除通信故障的发生，需更换顶底部控制器及通信光缆，改造费用较高。

歌美飒风机通信故障基本情况简介

某风场共安装60台850KW Gamesa机组，其中40台机组顶部控制柜PLC与底部控制柜CCU之间通信采用塑料光纤。20台采用玻璃光纤，自投运以来，未报警通信故障。采用塑料光纤的40台机组频繁报警“通信”故障，影响机组安全稳定运行，造成电量损失，主要通过复位、光纤接头打磨等方式处理，恢复机组运行。

歌美飒风机通信故障原因分析

由于通信光纤材质为塑料光纤，是由高透明聚合物作为皮层材料，只能传输红色50可见光信号，在1～10m之间光的衰减程度低，1～100m光的衰减度达到1/3（实际顶部底部距离为70m），光纤的传输性能随着机组运行年限的增长在逐渐衰减，使顶部控制柜内PLC与底部控制柜内CCU之间的数据传输信号失真，光纤接头随环境温度变化而热胀冷缩，导致光纤接头与CCU、PLC连接处易变形，造成通信故障频发，直接影响机组的发电量及可利用率。

设计方案

因塑料光纤芯包塑料材料的吸收损耗和色散损耗造成了塑料光纤的衰减过大。在通信过程中，环境温度对塑料光纤传输光信号性能有直接影响，塑料本身具有良好的延展性，因此在机组运行过程中，随着动力电缆的扭转，会导致塑料光纤的弯曲、拉伸，使其衰减程度增大，影响光信号传输。

经过仔细查阅资料，市场调研，应用大孔径（200um）多模玻璃光纤替代原塑料光纤，同时采用V-PIN接头。该光纤传输距离远，光信号衰减程度低，传输光信号能力更强，可同时传输50可见红光及850不可见光，V-PIN接头采用热压工艺，其抗温性能强。用玻璃光纤替代塑料光纤能够使得机组更加稳定运行，其主要有以下特点：玻璃光纤在光信号传输过程没有电磁泄漏，可避免线路与线路之间的信号的串扰；玻璃光纤的传输不受外界电磁辐射的影响，而且强度高，抗高温、大气侵蚀性能好；玻璃光纤数值孔径大、光纤芯径大、机械强度高、弯曲性能好，且很容易与光源耦合；玻璃光纤成本低，具有优异的传输性能。

图1 光纤对比图

应用情况

自2016年开始，选取一台歌美飒机组发生通信故障频率最多的一台风机进行替代优化试验，替代优化后的玻璃材质光纤满足通信系统传输要求，运行状态稳定，通信故障发生频次降低（约80%），提高了机组的可利用率，减少电量损失，产生直接经济效益明显，同时提升了机组运行的可靠性。目前对通信故障发生频率较高的12台风机进行替代改造，运行状态稳定。

通信系统信号传输稳定性直接影响风力发电机组运行安全，以早期歌美飒风机为例，通信故障不仅影响风机运行安全、同时对风机运行效率及经济效益产生一定影响。通过替代光纤及优化光纤连接接头，降低了故障发生频率，对提高经济效益、降低人员劳动强度、保障机组安全稳定运行效果明显，今后将继续应用于歌美飒风机通信故障发生频率较高机组中。

（作者单位：宁夏银星能源股份有限公司）