大唐新疆清潔能源有限公司，新疆烏魯木齊 830011

一、引言

風(fēng)能的利用，主要是用于風(fēng)力發(fā)電，由于風(fēng)資源的間歇性、隨機性、不可控性，控制系統(tǒng)的設(shè)計中保證實時、可靠控制是關(guān)鍵。測風(fēng)系統(tǒng)作為其信號來源，為其變槳控制、偏航控制提供控制信號，作用及其重要。同時，測風(fēng)信息對于風(fēng)電場選址、風(fēng)力發(fā)電機機型選擇及風(fēng)電場理論估算也是重要依據(jù)。

設(shè)備管理是整個風(fēng)電場管理中的重要環(huán)節(jié)之一，如何降低非計劃停運，保證設(shè)備的長期安全運行，將設(shè)備治理作為提高安全經(jīng)濟型的切入點也成為近年來風(fēng)電場關(guān)注的焦點。為了提高設(shè)備管理水平，保證設(shè)備正確無誤運行，其測量分析顯得極其重要。加之，風(fēng)電場建設(shè)多處于戈壁、荒山等自然條件惡劣環(huán)境，為了避免不安全事故的發(fā)生，控制系統(tǒng)可靠性要求較高，信號采集的準(zhǔn)確與系統(tǒng)穩(wěn)定運行關(guān)系密切，測風(fēng)儀器設(shè)備的管理及數(shù)據(jù)采集的分析在風(fēng)電機組運行中很關(guān)鍵。

二、常用測風(fēng)儀的分類

風(fēng)速風(fēng)向儀的總體可分為三類，分別是機械式、傳統(tǒng)超聲波式和超聲波共振式。

機械式測風(fēng)儀是風(fēng)電場最常用的一種測風(fēng)裝置，風(fēng)向傳感器用來測量風(fēng)向，同時一個用來防止結(jié)冰的自調(diào)節(jié)PTC—加熱裝置和電阻器彼此連接在傳感器的端口和外罩之間用來防止靜電放電、信號通過光電方式產(chǎn)生[1]。機械式測風(fēng)儀器，采用測風(fēng)速與風(fēng)向分別測量，存在旋轉(zhuǎn)架構(gòu)，磨損損耗大，密封要求高，受戶外環(huán)境影響大，定期維護工作量大，人工成本增加。但其價格便宜，構(gòu)造簡單，便于安裝受到客戶的歡迎[2]。

傳統(tǒng)超聲波式測風(fēng)儀器，將超聲波技術(shù)應(yīng)用到傳感器中，無移動部件及堅固的不繡鋼結(jié)構(gòu)使得無需維修與現(xiàn)場校對時進(jìn)行加熱，保證了傳感器不會結(jié)冰或積雪[3]。 避免了機械損耗，同樣受到沙塵、大雪、雨水、霜霧影響測量結(jié)果，尺寸大，加熱難，溫度影響大。

超聲波共振式測風(fēng)儀器風(fēng)速與風(fēng)向集中測量，結(jié)構(gòu)小巧，加熱方便，環(huán)境要求低，可靠性高，但其價格昂貴[4]。

超聲波共振式風(fēng)速風(fēng)向儀是利用聲超聲信號在一個較小的腔體內(nèi)發(fā)生共振來測量風(fēng)速和風(fēng)向[5]。其采用聲共振技術(shù)原理，共振效應(yīng)大幅增強了信噪比，因而能在極小的共振腔內(nèi)實現(xiàn)高精度的聲速測量。

三、淺談測風(fēng)儀的故障分析及維護

根據(jù)現(xiàn)場運行維護情況，測風(fēng)儀的故障主要集中在以下幾點：

（1）常溫測風(fēng)儀放置在低溫高溫環(huán)境中，風(fēng)力發(fā)電機所處的惡劣環(huán)境下，會使得測風(fēng)儀工作失靈；

（2）測風(fēng)儀防護等級低，會導(dǎo)致沙塵，微小塵埃進(jìn)入，使得測風(fēng)儀失靈，甚至抱死；

（3）暴風(fēng)、雷雨天氣的影響下，測風(fēng)儀會導(dǎo)致風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀損壞；

（4）大風(fēng)天氣會造成捆扎不結(jié)實的線路中短；

（5）測風(fēng)儀如果長期運行在潮濕的環(huán)境中，使得測風(fēng)儀壽命縮短；

（6）結(jié)冰天氣對于測風(fēng)儀影響很大，使得測風(fēng)儀結(jié)冰，測風(fēng)儀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不準(zhǔn)確，直接影響到風(fēng)力發(fā)電機的控制系統(tǒng)中的主動偏航；

（7）測風(fēng)儀位于機艙外部，大氣電磁干擾的作用下，使得測風(fēng)儀測量不準(zhǔn)確。

測風(fēng)儀出現(xiàn)故障之后，要及時的對于故障進(jìn)行處理與維修，針對故障問題從測風(fēng)裝置設(shè)備設(shè)計要求必須滿足以下要求：

（1）測風(fēng)儀要具有防腐蝕能力，表面要經(jīng)過防腐層處理，保證戶外使用的安全可靠的運行；

（2）寒冷地區(qū)經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，所以測風(fēng)儀帶有自加熱功能，熱敏電阻隨溫度的降低而加熱升高，隨溫度的增加而降低；

（3）為了避免風(fēng)力發(fā)電機組的振動，影響測風(fēng)儀的數(shù)據(jù)傳輸，測風(fēng)儀需抗震性能好；

（4）對于高風(fēng)速會產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機械的變形，使得測風(fēng)儀在高風(fēng)速不會損壞。超聲波與超聲波共振式?jīng)]有移動原件，所以不存在磨損和性能隨使用時間而降低的問題；

（5）滿足測風(fēng)儀的防水、防塵、防沙安全保護等級，無論哪種原理結(jié)構(gòu)的，測風(fēng)儀的防護等級都大于或者等于IP64的防護等級，從而滿足了風(fēng)力發(fā)電機組的惡劣環(huán)境下的使用要求。

通過測風(fēng)儀在風(fēng)電機組實際應(yīng)用，避免出現(xiàn)測風(fēng)儀故障，對生產(chǎn)運行提出如下要求：

（1）出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象后，應(yīng)該立即進(jìn)行清理；

（2）檢修人員或者運行人員應(yīng)根據(jù)環(huán)境的污穢等級定期對于測風(fēng)儀進(jìn)行校正；

（3）充分利用風(fēng)電機組半年檢修、全年檢修對測風(fēng)儀進(jìn)行維護；

（4）對于風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)偏大或者偏小時，及時對設(shè)備進(jìn)行維護；

（5）測風(fēng)系統(tǒng)數(shù)值與實際功率不一致時，需要進(jìn)一步查找設(shè)備原因；

（6）風(fēng)電場投運后，測風(fēng)裝置采集的數(shù)據(jù)需要運行值班人員定期收集，按照日周月及時備份，為分析問題提供數(shù)據(jù)支撐。比如：測風(fēng)塔位置選擇是否合理具有代表性、可研報告中湍流強度與實際是否吻合、微觀選址報告中風(fēng)機位置布置是否最理想，通過數(shù)據(jù)積累可以開展分析自評價工作。測風(fēng)裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤是特別重要，統(tǒng)計管理也是必不可少的。

四、測風(fēng)系統(tǒng)故障實例分析

某風(fēng)電場19:30分風(fēng)機監(jiān)控機告DT01“風(fēng)速與功率不匹配”故障（現(xiàn)場風(fēng)速11m/s，功率600kW，單機容量2000kW）。19:40分，風(fēng)速逐步增加，辦理工作票后，運行人員及消缺人員共同對風(fēng)機塔基對比分析排查，發(fā)電機、逆變器、控制系統(tǒng)等電氣設(shè)備運行正常，由于照明不足及風(fēng)速增大，安全性得不到保證，未進(jìn)行登塔進(jìn)一步排查故障。通過逐步排查分析認(rèn)為風(fēng)速儀故障，需要待風(fēng)小后登塔作業(yè)，確定故障類型。20:30分，消缺人員交代運行人員加強監(jiān)視，待風(fēng)速下降后通知再去現(xiàn)場登塔作業(yè)。次日07:30，現(xiàn)場風(fēng)速降低至3m/s，滿足作業(yè)條件，消缺人員登塔進(jìn)行巡視，發(fā)現(xiàn)其測風(fēng)儀卡澀，手動撥動不靈敏，更換DT01風(fēng)機測風(fēng)儀器后，告警消失。測風(fēng)系統(tǒng)故障告警，并與其相關(guān)設(shè)備進(jìn)行排查，包含信號傳輸進(jìn)行查看，對測風(fēng)儀進(jìn)行定期與不定期維護，可以大大降低采集信號故障率，也可以提高風(fēng)力發(fā)電機功率曲線匹配度。

五、測風(fēng)系統(tǒng)在某風(fēng)電場中的數(shù)據(jù)分析

1、某風(fēng)電場裝機容量為49.5MW，其安裝單機容量為33臺的1500kW雙饋風(fēng)機，其1月份發(fā)電量及風(fēng)資源情況如圖1所示。

通過圖形可知，風(fēng)資源情況與發(fā)電量存在偏差，主要1月13日日發(fā)電量約為90萬度，其中平均風(fēng)速低于5m/s，截止到1月20日發(fā)電量約為80萬度，平均風(fēng)速約為3m/s，對比分析整理數(shù)據(jù)，其中1月13日-20日，發(fā)電量及平均風(fēng)速、有效風(fēng)時數(shù)不匹配，存在平均風(fēng)速過小。進(jìn)一步排查原因單臺風(fēng)機數(shù)據(jù)，對比分析風(fēng)機監(jiān)控數(shù)據(jù)及關(guān)口表計量發(fā)現(xiàn)，有1臺風(fēng)機發(fā)電量數(shù)據(jù)劇增，導(dǎo)致發(fā)電量數(shù)據(jù)成畸形變化，造成全場發(fā)電量統(tǒng)計偏差，監(jiān)控系統(tǒng)存在偏差所致，對其數(shù)據(jù)按照臨近風(fēng)機進(jìn)行修正后，發(fā)電量仍存在偏差。分析其采集的每臺風(fēng)速數(shù)據(jù)，有3臺風(fēng)機采樣數(shù)據(jù)比實際平均風(fēng)速過小所致，幾乎為零。通過對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行維護及存在問題的測風(fēng)裝置進(jìn)行更換后恢復(fù)正常。

2、某風(fēng)電場單臺機組實際曲線如圖2所示。其中實際功率曲線處于小風(fēng)期時功率曲線不達(dá)標(biāo)，大風(fēng)期間曲線不夠平滑，首先通過功率曲線擬合矯正空氣密度的影響，最后通過對測風(fēng)裝置進(jìn)行校零，后進(jìn)行3個月數(shù)據(jù)收集繼續(xù)對比分析，功率曲線基本平滑過渡，仍存在8m/s～9m/s之間低于標(biāo)準(zhǔn)功率曲線，需要繼續(xù)收集收據(jù)且分析查找問題，通過時間校正滿足要求。

六、總結(jié)

測風(fēng)儀可實時監(jiān)測周圍環(huán)境的風(fēng)速值、風(fēng)向值，為控制系統(tǒng)的變槳、偏航提供信號來源，以風(fēng)力發(fā)電機組的安全、可靠、穩(wěn)定運行為目的，為提高風(fēng)力發(fā)電機組的運行安全提供有力的保證。選擇何種形式的測風(fēng)儀要根據(jù)實際的風(fēng)速等各種外部條件，另外綜合多種因素，選擇適合自己風(fēng)場應(yīng)用的測風(fēng)儀很是必要，測風(fēng)儀的生產(chǎn)廠家也在不斷的提高測風(fēng)儀的可靠性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，減少維修次數(shù)。測風(fēng)儀出現(xiàn)故障之后要及時的進(jìn)行處理與維護,保證控制系統(tǒng)的信號來源。測風(fēng)儀安裝方便，只需要在散熱支架上面鉆孔，即可以安裝，但是電氣連接必須由電氣專業(yè)人員進(jìn)行，必須根據(jù)適用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范連接電氣設(shè)備，供電電壓不允許超過上限值。對于測風(fēng)數(shù)據(jù)的分析及判斷也非常重要，利用多種統(tǒng)計方法進(jìn)行擬合分析判斷，預(yù)測提供依據(jù)、風(fēng)電場建設(shè)、評估提供專業(yè)決策也是后續(xù)發(fā)展方向。