关于提高风力发电机组扭缆安全的若干改进措施

侯志南

摘 要：风力发电机组偏航时主电缆会进行扭缆，因扭缆保护装置失灵等原因可能会造成主电缆及光纤损坏，马鞍处的主电缆长期与电缆护圈撞击碰磨造成短路的现象也时有发生，若不重视可能会酿成事故。本文通过分析该系统的结构特点，针对存在的问题，分析总结常见故障原因，提出若干防范治理措施，以提高风电机组扭缆安全，从而提高风机可靠性。

关键词：风机;扭缆;安全

1概述

近期曾接到有风电場风力发电机组主电缆及光纤损坏的消息，需要更换电缆及光纤，也导致一定损失电量，造成不小经济损失。为此，笔者专门对该问题进行剖析研究，提出一系列改进措施，以防止该问题发生。

1提高扭缆保护装置可靠性

风力发电机组不管变频器位于机舱还是塔下，都需有动力电缆、供电电缆、控制电缆和光纤连接塔上塔下。风机偏航系统的正常偏航动作，会使机舱和塔架之间的连接电缆发生扭绞，扭缆保护装置用于设置与扭缆方向有关的计数装置或类似的程序对电缆的扭绞程度进行检测，是偏航系统必备的保护装置，通用的做法是使用机舱位置传感器来检测机舱偏航的实时角度，在允许偏转角度范围内根据其检测结果执行解缆。

常用的风机扭缆保护普遍都采用了二级保护（外形如图1，内部结构如图2），其中第一级保护通常采用利用凸轮控制器内的电位器进行检测，通过在电位器的两端加10V的直流电压，当机舱位置发生变化时电位器中间抽头相对两端的电阻随之发生变化，控制程序根据电压变化折算出机舱相对于初始位置的偏转角度，达到设定的偏转角度时将信号反馈给主控程序执行解缆。第二级保护使用有三对开关的凸轮控制器，包括顺时针偏转凸轮开关（即右偏开关）、中间位置开关和逆时针偏转凸轮开关（即左偏开关），当风力发电机的机舱沿顺时针或逆时针方向偏航转动达到一定圈数（比如2圈），右偏或左偏开关动作，将信号反馈给主控程序执行相应的解缆程序。

扭缆保护装置通过上述第一级保护方式可以执行正常的解缆功能，使机组恢复正常运行;但当第一级保护失效未能动作，机舱将继续偏航，扭缆达到极限后第二级保护设定值，扭缆开关动作，机组紧急停机。

以上装置虽然考虑了两级保护，但因同时集成在一个盒子内，信号来源都是通过传动小齿轮，信号输出也只有一根电缆，还是存在一定隐患。因此建议加装一套扭缆保护装置，安装在原装置的对侧位置（180°方向），信号输出回路也单独敷设，接入机舱控制柜。

2提高偏航电机电源回路的可靠性

通过对扭缆损坏机组的数据分析及现场勘查，发现有的是因左（或右）偏航接触器一直处于吸合转态，导致偏航电机一直工作，即使上述扭缆保护装置发出解缆信号、触发安全链紧急停机，但机舱仍然会过度旋转造成主电缆损坏，直至偏航电机失电才最终停下。

改进建议一：在原偏航电机开关下部加装一套接触器（如图3的13K3），将13K3的常闭触点接入偏航接触器状态监测回路中，与原左、右偏航接触器53K8、52K10常闭触点串联（如图4）。这样就增加了一道保护，假如再发生左（或右）偏航接触器故障长期吸合，但新增的13K3接触器还是能正常动作，断开偏航电机电源，停止偏航，保护扭缆。改进建议二：将偏航接触器列入定期检查工作范围，重点检查：（1）检查主触头接触情况，清除触头上的油污、花毛或异物，若触头烧伤严重，则必须更换新触头;（2）检查运动部分是否有卡阻现象;（3）检查电磁线圈是否有过热，线圈过热反映在外表层老化、变色等现象;（4）检查辅助触头接触情况，正常动作情况。

3提高马鞍处扭缆安全

风力发电机组设计时考虑机舱偏航电缆会进行扭缆，一般塔上塔下的连接电缆从机舱桥架末端垂直悬空至马鞍扭缆平台，大约有9-12米的长度，呈U型布置。当机组偏航或风速较大时候，该处电缆都会晃动，与电缆护圈的相互碰磨，久而久之进而造成电缆磨损短路、接地，影响风机正常运行。

每个风场都采取了不同的措施，保护风电机组马鞍处扭缆安全，但往往忽略了一点，就是电缆散热问题。随着风电机组功率不断增大，所需主电缆也增大增多，扭缆电缆悬垂段电缆束更紧密，单根电缆周边的空气流通小，电缆发热会较多，夏季高温尤其严重，扭缆若呈麻花状时中间的电缆根本没有散热空间，可能会超温。因此，在考虑扭缆电缆防磨的同时，也要一并考虑电缆散热，才能确保主电缆安全运行。

防护风电机组马鞍处扭缆安全，可以在护圈处的电缆加装防磨护套，结构如图5和图6所示，材质选用阻燃型尼龙，采用双层设计，这样可把每一根电缆都均匀分开排列在四周，整体呈空心布置，护套上设计无数散热孔，这样可以最大程度保证散热。具体尺寸可以根据风机护圈尺寸、电缆直径、电缆根数等参数定制。另外，风机运行中机舱长期振动、晃动，还要定期检查电缆绑扎线、电缆护圈、电缆护套的状态，及时发现小缺陷及时处理。

4、结语

文章通过总结系统的结构特点，针对存在的问题，分析总结常见故障原因，提出若干防范治理措施，有效的提高了风电机组扭缆安全与风机的可靠性。

参考文献：

[1]尚振龙，周舟，冯灿波，等.风力发电机组偏航扭缆保护装置设计[J].机械工程与自动化，2019，000（002）：18-20.

[2]尚振龙，周舟，冯灿波，等.风力发电机组偏航扭缆保护装置设计[J].机械工程与自动化，2019，000（002）：18-20.

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