风电机组电气滑环接触不良问题的解决方案探究(1)

岳军

摘要：在当前风力发电中，风电机组是不可缺少的重要组成部分，其运行的平稳性能够直接影响到电力生产效率和生产质量，因此，要想确保风力发电的更向前发展，首要任务就是要提高风电机组的运行性能。但是在其实际运行过程中，却经常会出现气滑环接触不良的问题，进而导致变桨系统和主控系统之间出现信号中断现象，从而不仅影响了机组的正常运转，而且给相关供电企业也会造成一定的经济损失，因此，要想改善现状，就要寻找一条便捷有效的途径来对风电机组运行中这种常见故障问题进行全面解决。本文也会针对电气滑环的缺陷原因提出相应的解决方案，以便有关人士参考。

关键词：风电机组;电气滑环接触不良问题;解决方案;研究分析

对于风电机组来说，变桨系统是其最重要的元器件之一，主要安装在机组轮毅中，可以在机组运行时随着电功率及风速的变化对桨叶桨距角进行有效调整，并在与主控系统进行良好通信的基础上，促使桨叶转换到相应位置上，进而高效稳定地完成发电任务。由此可见，变桨系统与主控系统有着十分紧密的联系，而且两者的通信质量在很大程度上决定了风电机组能否正常运行。但是现实情况却并非如此，由于大部分风电机组的主控与变桨系统之间采用现场总线通信方式相互联系，中间旋转接触部分采用电气滑环相连接，所以一旦电气滑环出现接触不良的情况，势必会影响主控与变桨系统之间的通信效果，进而降低风电机组的运行效率，因此，为了避免这种情况的发生，就要对滑轮接触不良问题进行深入分析，并在此基础上采取针对性措施进行有效处理和解决。

1.电气滑环的缺陷原因分析

电气滑环内部的组成部分主要包括多个环道和电刷，其中，环道会随着风电机组轮毅的旋转而旋转，而电刷则依附在环道上并与其进行电气连接，进而形成电气通道。另外，电气滑环的环侧与变桨系统相连，而电刷一侧与主控系统相连，当风电机组在长期运行过程中出现明显的振动反应时，很容易会导致滑环内部所连接的电缆插针出现松动现象，进而导致滑环出现接触不良的情况。同时，当环道与电刷长时间摩擦后，也会使环道上产生一定的磨屑物，这样就会对那些电压较低以及较弱的通信数据信号造成相应的影响，使其在传送过程中出现时断时续的情况，通信故障由此产生。在对这种故障问题进行解决时，大部分电气工程师都会通过增加滑环通道数量的方法来进行处理，这种处理方式虽然具有一定的应用成效，但只能暂时得到缓解，并不能从根本上进行消除，长此以往，还会再次因滑环接触不良而导致变桨和主控系统之间出现通信故障，因此，要想彻底改善现状，就要对数据无线通信技术加大研究力度，进而从物理层面出发实现主控与变桨系统之间的无线通信连接，这样才能有效替代电气滑环功能，避免其因接觸不良而影响到主控和变桨系统的通信效果，从而使得风电机组无法正常运转[1]。

2.相关解决方案分析

为有效解决主控和变桨系统的通信质量，其关键任务是利用无线通信的连接技术来取代电气滑环的功能，即在原有现场总线连接的基础上，在滑环某处多设置一个加入无线通信装置的断点，这样才能保证主控及变桨系统之间的数据信号达到点对点的无线传输目的，进而更好的保障通信效果。

2.1无线通信设计思路分析

在断点处加入的无线通信设备装置是由无线通信技术和单片机制造形成的线路所组成，其中一组与主控系统连接，另外一组与变桨系统相连接。在数据发送过程中，单片机可以对与系统连接的数据信息进行全面采集，并利用无线通信技术对这些数据信息进行有效识别和分析，进而在此基础上对无线通信模块进行准确定义，从而构成发射模式，将通信数据调制成相应的无线发射信号，最终通过天线进行无线传送。在这一过程中，单片机的实质功能是要将无线通信模块定义为接收模式，这样当模块接收到相应的无线信号后，就可对信号进行解调，并将其恢复至现场总线协议下的通信数据信号，进而直接传送至主控或变桨系统中。此外，由于单片机能够对端口进行有效扩展，并且会随着集成电路的大规模发展，丰富芯片功能，所以目前单片机已成为构建各类现场总线数据通信协议标准的可扩展接口，但对于风电机组而言，其主控系统与变桨系统之间的现场总线数据通信协议却不需要作任何修改，只需将数据包传送给单片机，这样单片机就能可以此为依据对接收的数据进行相应的转换，并将其传送给相对应的主控或变桨系统。

2.2无线通信设计要点分析

风电机组在设计过程中，必须对无线通信模块的单片机引脚与单片机的控制引脚进行合理连接，同时，单机片可实施编程，在编程无线通信模块时要依据模块工作时序波形图来编写程序，并在数据发送前，将其中一组无线通信模块调制成发射模式，另一组调制成接收模式，并且还要针对从接收模式状态切换成发射模式状态，预留出相应的延迟时间，这样待所有数据发送完毕后，无线通信模块会先置于接收模式，直到接收到另一侧的数据命令后才能切换成发射模式，进而对准备发射或继续接收的数据进行再一次发射，并且还要对这些数据包格式进行预先设定。另外，风电机组的主控系统在与变桨系统进行通信时，前者一般是在机组启机、停机或自然风速发生较大变化时，向变桨系统发送相应的指令，而变桨系统则是随时、连续地将各类信号发送给主控系统，如桨距角度信号、变桨电机温度信号、备用电池电压信号灯，基于此，后者功能可以定义为数据发送装置，而前者功能则可定义为数据接收装置[2]。

2.3无线通信抗干扰设计分析

由于风电机组机舱内部空间面积较大，且涉及的各类形状的金属设备较多，那么数据的传输可利用开放式短距离无线通信装置，促使无线信号通过金属物表面产生漫反射传播，进而更好地提高信号强度，避免数据包本身以及同步信号出现丢失的情况，实现机组的正常运行。另外，机组机舱内部还包含多种发电机和电动机，这些设备在启停过程中很容易给无线通信装置带来较大的干扰，进而使其数据传输效果受到一定的影响，基于此，要想避免这种情况的发生，就要确保无线传输信号要具备较强的抗干扰和纠错码能力，其中，后者功能的实现可以在单片机进行程序编写时来进行，尤其是要对数据校验程序的编写提出要为严格的要求，而后者功能的实现则要从多个方面进行考虑，不仅要对无线信号的发射功率、频带范围等进行合理设计，而且还要对机舱内的各类金属设备进行可靠接地，以便可以确保机舱各部位都能处在等电位上，这样才能有效接收无线信号，避免对金属设备表面造成漫反射影响。此外，为了对外界干扰因素进行有效屏蔽，减少无线信号自身的漫反射干扰，还要将两个天线置于同一个带接地的圆形金属容器内。

结束语：

综上所述，风电机组在运行过程中，一旦其电气滑环出现接触不良的情况，就会影响主控系统与变桨系统之间的通信效果，进而给整个机组的稳定运行造成很大阻碍。因此，要想避免这种情况的发生，就要对主控和变桨系统间的现场总线通信在旋转部位上设置的电气滑环连接方式替换成无线通信连接方式，这样既可以避免因电气滑环因接触不良而导致主控和变桨系统之间产生通信中断问题，同时也能有效降低机组运行能耗，提高主控和变桨系统的抗干扰能力和易于扩展、易于集成等应用功能，进而更好的保障机组的运行效率和运行质量。

参考文献

[1]杨晓林.风力发电机组滑环问题研究[J].电力与能源进展，2020，（02）：77-78.

[2]柯剑，孟祥瑞，李皎.滑环故障分析及优化方案浅析[J]第三届中国风电后市场专题研讨会，2019，（08）：32-33.