大型风力发电机组低压控制柜技术优化方案设计

彭晓兰

国电联合动力技术(保定)有限公司 河北 保定 071000

鉴于此,本文从低压控制柜柜体设计及布局、柜内电缆选型及布线、电气控制技术三个方面进行介绍,以供参考。

1 低压控制柜柜体设计及布局

1.1 低压控制柜柜体设计 低压控制柜主要分为机舱电气柜(机舱柜)和塔底电气柜(塔底柜),适用于低温环境,为电气设备及其配线提供装配环境和防护功能,保证电气设备的正常工作条件。电气柜需具有合理的尺寸、结构和强度,需配有柜内照明、通风、空气过滤和加热设备,为柜体内电气设备的运行和维护提供必要保障。

低压控制柜在设计上,根据风电场机组恶劣的工作环境,尤其是低温、湿度大等对柜体内部电子、电气元件有影响的工况,柜内增加了空气调节器,通过温控开关控制启停,用于加热、除湿。考虑到柜体在低温下的恒温需求,在柜体内部敷设了保温棉。

1.2 低压控制柜柜体布局 低压控制柜需要实现强电器件与弱电器件分开布置,优化器件布置结构,尽量减少电器部件间连接线缆长度。基于该原则,我们分区布局,将机舱低压控制柜内电气元件按电压等级及用途进行分区。

400V电源总进线主塑壳断路器、400V机舱控制柜防雷模块、分线器等强电电气元件放置于机舱控制柜左侧板,此区为1区。

机舱控制柜正背板分为两部分即左背板与右背板,左背板与右背板中间用走线槽隔开。部分400V及230V设备供电电气元件放置于左背板,此区为2区; PLC等一些24V供电电气元件放置于右背板,此区为3区。

还有一些根据现场条件可选的电气元件我们放置在机舱控制柜右侧板,此区为4区。

低压控制柜按照柜内电气元件电压等级及用途大概分为以上4个区,这样布局合理利用了机舱控制柜内安装空间,强弱电分开,方便布线、走线,避免了信号干扰。

2 低压控制柜内电缆选型及布线

控制电缆的技术要求如下:

低压控制电缆选型主要根据所需控制线缆根数来确定,为保证长距离敷设电缆的强度,多芯线中单芯线径原则上不小于0.75mm2。

学习建议 在解决函数图象相关的习题中注意f(x)-g(x)=0的零点即为y= f(x)和y=g(x)的图象交点的横坐标，另外注意分段函数的作图方法以及绝对值函数的作图方法.

导体:导体表面应光洁、无油污、无损伤绝缘的毛刺、锐边以及凸起或断裂的单线。20℃时电缆导体的直流电阻应符合技术指标的要求。

绝缘:绝缘采用低密度聚乙烯电缆料,绝缘应紧密挤包在导体上,且应容易剥落而不损伤导体。绝缘表面应光滑,色泽均匀,不应有裂缝及其他损伤。绝缘线芯在20℃时绝缘电阻应不小于5000MΩ·km。

低压控制柜布线时应满足:

信号线和电缆线应尽量避免重叠,以免产生干扰。柜内PLC输入回路的布线尽量不与主回路及其他电压等级回路的控制线同线槽敷设。

避免将几根导线接到同一接线柱上,一般元件上的接头不宜超过2个。当几个导线接头接到同一接线柱上时,接触应平贴、良好。

保证布线线缆的长度合适,不能过长团在线槽中。也不能过短以至于接不上,或刚刚够接上但线拉的太紧,若振动时会在连接处产生的张力。

3 低压控制柜电气控制技术

电气控制系统用于实现对某个或某些对象的控制,从而保证被控设备安全、可靠地运行,其主要功能有:自动控制、保护、监视和测量。

风力发电机组低压电气控制主要由以下几部分组成:电源供电回路、配电保护回路、信号回路、控制回路(自动与手动模式)、驱动和动作执行回路、安全控制和保护回路、接地保护回路、超速测量设备、PLC控制器及相关组件、光纤及附件、交换机、安全链、电能质量模块等。

为了保证风力发电机组偏航的平稳运行,我们采用软启动器带动偏航电机启动。软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装备。实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机,而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的各种参数,如限流值、启动时间等。

为了保证风力发电机组的安全性,我们采用了时间安全继电器。之前变桨系统安全链的复位由于为了避免死循环的产生,需要通过PLC延迟给出EFC(变桨功能紧急顺桨)使能信号,通过PLC进行这种控制存在一定的风险性,会降低安全等级;采用最新的时间安全继电器ETR可以更加安全,保证安全系统完全独立于PLC,可以获得更高的安全等级。

安全系统采用三个安全级别

Personnel:人员级别

Yaw:偏航系统级别

Turbine.风电机组级别,偏航系统仍然可以运行

安全系统逻辑优先于控制系统逻辑,当安全相关的限值被触发或控制系统不能保证设备运行于正常状态时安全系统被触发。对安全系统的硬件没有具体的要求,但安全系统必须独立于风力发电机组控制系统。

一旦安全系统被触发,安全系统需要迅速动作并使机组进入安全状态。在一般情况下,应在变桨系统的协助下降低电机转速。高速轴刹车只有在紧急停机按钮被触发的情况下才被触发。

风力发电机组控制系统应可以触发安全系统的风力发电机组级别。当控制系统检测到它已经无法对风机进行控制。如:要求的变桨未被执行。控制系统就应触发安全系统。

安全系统被触发时,控制系统应存储最终运行状态的数据。

变桨系统紧急顺桨信号由主控触发安全系统,后由安全系统触发变桨系统紧急顺桨。

在机舱控制柜和塔底控制柜应各设置一个复位按钮。需要特别注意:风机故障必须由有资质的人员现场清除,当没有工程师进入到风机内部评估故障时安全系统应不能被复位。实现方法:除非在机组内按一下复位按钮,否则禁止安全系统复位。

4 结束语

本文对风力发电机组低压控制柜柜体设计及布局、柜内电缆选型及布线、电气控制技术三个方面进行了详细的介绍,使大型风力发电机组低压控制柜技术设计更加优化,保证了风力发电机组运行的稳定性与安全性。