風(fēng)力發(fā)電站周界與設(shè)備安全監(jiān)控解決方案
風(fēng)力發(fā)電站(WindPower)一般簡稱風(fēng)電站,屬綠色能源。通過傳動軸方式,將聳立于山坡或海邊的高空扇葉轉(zhuǎn)動的動能傳送至發(fā)電機(jī)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能,再使用升壓變壓器將電壓升高傳送到較遠(yuǎn)處的變電站,再由變電站進(jìn)行降壓送到各用戶的方式稱為風(fēng)力發(fā)電。
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風(fēng)力發(fā)電站通常設(shè)置在迎風(fēng)面的海岸、近岸的淺海區(qū)域、內(nèi)陸無人地帶迎風(fēng)面的平地或丘陵地帶上,都是屬于人煙稀少環(huán)境惡劣的區(qū)域,容易因為人跡罕見而輕忽本身的安全警戒與維護(hù),安防解決方案的設(shè)計上須考慮以下方面:
1、設(shè)備監(jiān)控與周界的入侵防范;
2、雷擊和鳥類干擾;
3、塔柱離岸建置的遙控與電力傳輸安全;
4、海上船只撞擊;
5、風(fēng)力來源及風(fēng)向的不穩(wěn)定及風(fēng)力有間歇性的問題無法及時調(diào)整風(fēng)機(jī)方向使發(fā)電更有效率。
這些問題里面最重要的是整個風(fēng)力機(jī)塔站的設(shè)備運作及周界安全這二部分。
設(shè)備監(jiān)控解決方案
風(fēng)力發(fā)電站設(shè)備部分非常復(fù)雜,風(fēng)機(jī)依照結(jié)構(gòu)及運轉(zhuǎn)技術(shù)可以有很多種類型。依風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的方向可分:與地面平行的水平軸式風(fēng)機(jī),這是常見的大型的風(fēng)機(jī),葉輪需隨風(fēng)向變化而調(diào)整位置;葉片與地面垂直軸方式風(fēng)機(jī),設(shè)計較簡單,葉輪不必隨風(fēng)向改變而調(diào)整方向。
此外還有依槳葉受力分成升力或阻力型風(fēng)機(jī);依葉片數(shù)量分為單葉片、雙葉片、三葉片或多葉片型。這些由成本、噪音、美學(xué)及發(fā)電效率、環(huán)境、空氣動力及設(shè)計的復(fù)雜因素來決定,因此在總體設(shè)備運作上的監(jiān)控也就有很多的項目,這些監(jiān)控項目結(jié)果及參數(shù)都必須通過傳輸系統(tǒng)送到電力站監(jiān)控室或發(fā)電廠的監(jiān)控室以作為運作監(jiān)控使用。
所有風(fēng)力發(fā)電設(shè)備都必須要有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集器:包含風(fēng)力計、風(fēng)向計、溫濕度計、電壓電流計表及油壓液位傳感器及馬達(dá)轉(zhuǎn)速計等傳感器,以及收集端RTU設(shè)備來對現(xiàn)場風(fēng)機(jī)及發(fā)電機(jī)設(shè)備運行情況做準(zhǔn)確監(jiān)控,收集目前運作數(shù)據(jù)及設(shè)備控制狀態(tài),再將控制信號及信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器,再服務(wù)器產(chǎn)生報表及狀態(tài)欄以做為操作人員直觀的監(jiān)控參考。
風(fēng)力發(fā)電在主系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)及探測器進(jìn)行電網(wǎng)參數(shù)檢測、目前風(fēng)力及風(fēng)向狀況、現(xiàn)場設(shè)備工作溫度數(shù)據(jù)及目前工作電壓及電流的穩(wěn)定情況,并對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自動進(jìn)行連、脫機(jī)控制,并監(jiān)控齒輪箱、發(fā)電機(jī)的運轉(zhuǎn)溫度是否過高,油壓液壓系統(tǒng)的壓力與液位是否正常,同時依照風(fēng)力風(fēng)向狀況進(jìn)行轉(zhuǎn)向偏向及槳葉偏向俯仰角度等調(diào)整動作,獲取最佳風(fēng)力轉(zhuǎn)動力源,進(jìn)而提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率與質(zhì)量。
對于收集所得數(shù)據(jù),如出現(xiàn)任何異常,設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)會自動進(jìn)行告警警報功能,如遇緊急狀況系統(tǒng)必須有自動停機(jī)的遠(yuǎn)程控制能力。確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以完全安全可靠的運行。這些都是通過安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔柱底部空間的機(jī)柜監(jiān)控設(shè)備來完成這些系統(tǒng)運行狀態(tài)控制與顯示,還有歷史數(shù)據(jù)查詢、故障查詢等功能。
風(fēng)力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)解決方案主要組成:網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器采用分布式架構(gòu)數(shù)據(jù)伺服,在設(shè)備監(jiān)控主服務(wù)器上作為發(fā)電機(jī)組設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng);采用JAVA語言及SQL數(shù)據(jù)庫存儲各類數(shù)據(jù),集成遠(yuǎn)程控制、綜合數(shù)據(jù)查詢、風(fēng)機(jī)故障分析等功能,支持多種類型通訊規(guī)則,并具有可擴(kuò)展性和跨平臺型功能,設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)能支持多種通訊協(xié)議,支持通訊協(xié)議擴(kuò)展;采分布式主從結(jié)構(gòu),支持雙Master或Master-slave方案,支持冷備份和熱備份,可靈活可靠的用戶權(quán)限配置,支持本地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控。
現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測項目包括風(fēng)向、風(fēng)速、溫度等風(fēng)力氣候監(jiān)測,及發(fā)電機(jī)電壓、電流、功率調(diào)節(jié)機(jī)組等監(jiān)測;風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)測主要包括風(fēng)力機(jī)電力調(diào)節(jié)機(jī)組監(jiān)測與風(fēng)場氣候環(huán)境監(jiān)測。
風(fēng)力發(fā)電調(diào)節(jié)機(jī)組監(jiān)測主要是為了確保運轉(zhuǎn)機(jī)組在設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行運轉(zhuǎn),并維持發(fā)電效率;而風(fēng)力場氣候監(jiān)測則用以監(jiān)測外在環(huán)境氣候影響因素,以保全風(fēng)力發(fā)電機(jī)運轉(zhuǎn)無外力干擾,確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全使用。
監(jiān)控系統(tǒng)要求外形簡潔容易操作,具備有IP67及NEMA5以上防水耐腐蝕及抗震性,能應(yīng)付惡劣環(huán)境使用,并且系統(tǒng)穩(wěn)定低故障率。同時為迎合各種數(shù)據(jù)的不同探測收集器,RTU的接口必須豐富多元才能完整收集所有類型的數(shù)據(jù),這樣才能順利的傳輸?shù)胶蠖吮O(jiān)控盤上,最后要能實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和控制,如此才是風(fēng)力發(fā)電站完整的設(shè)備監(jiān)控解決方案。監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖所示。
風(fēng)力發(fā)電站周界與設(shè)備安全監(jiān)控解決方案
避雷擊解決方案
由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都聳立在廣闊地帶,且其獨特的超高結(jié)構(gòu)、外形、室外環(huán)境條件,使得風(fēng)力發(fā)電站經(jīng)常受到雷擊威脅。雷擊不但會使扇葉及輪機(jī)外轂外殼擊穿、表面損壞,還會導(dǎo)致電器設(shè)備燒毀。除了部分安裝避雷針設(shè)備外,目前的解決方案是安裝放電的防雷系統(tǒng)在輪轂和塔筒上的環(huán)形電極上,讓風(fēng)機(jī)的輪轂的電極與扇葉的導(dǎo)雷電纜連接,也讓塔筒上的電極與導(dǎo)雷電纜做好連接,并安裝在輪轂的底部,環(huán)形電極保持一定的間隔距離,這樣可避免雷擊中輪轂時,對塔筒的電極造成撞擊而使轉(zhuǎn)動機(jī)組偏轉(zhuǎn),同時若雷電直接擊中扇葉時,雷擊電流也會沿扇邊緣到葉尖,通過導(dǎo)雷電纜將大電流送到輪轂上的電極,因兩個電極間會存在電位差,通過二個電極形成電流通道,將電流通過電極釋放到大地,這是目前普遍采用的風(fēng)力發(fā)電站避雷解決方案。
周界與影像監(jiān)控的布建
不管哪種環(huán)境下的風(fēng)力發(fā)電站,所采用的攝像機(jī)必須采用具有PTZ功能且必須是防腐蝕抗鹽分的SS316不銹鋼材質(zhì),同時還有紅外線夜視照明及遠(yuǎn)距離監(jiān)控能力,以防止有人入侵風(fēng)電站周界范圍或塔筒底部機(jī)防的入口處;為完整管制整個風(fēng)力發(fā)電站區(qū)域四周的周界狀況,必須采用抗腐蝕抗鹽分的不銹鋼圍籬加上光纖振動或多光束長距離AIR主動式紅外線探測系統(tǒng),或以影像攝像機(jī)加上前端區(qū)域動態(tài)VCA智能偵測入侵周界行為;利用VCA智慧偵測,可以做到早期預(yù)警,事件處理,采證,利用前端攝像機(jī)去進(jìn)行事件偵測,如塔筒機(jī)房火警檢測、周界入侵檢測、徘徊滯留等遠(yuǎn)程監(jiān)視監(jiān)控。
風(fēng)力發(fā)電站通常分為很多區(qū)塊,因此采用紅外線多光束周界偵測會比光纖傳輸方式經(jīng)濟(jì),也是最適合的方式。在周界部分的保護(hù)也可以采用不銹鋼拉力式周界阻絕設(shè)施,配合保安PTZ攝像機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)做默認(rèn)門位或柵欄開關(guān)偵測驅(qū)動攝像機(jī)畫面鎖定及連動警報畫面鎖定,也可以采用巡程(Pattern)監(jiān)視。塔統(tǒng)底部機(jī)房大門區(qū)配置門禁系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng),記錄進(jìn)出機(jī)房的每一個臉部錄像及作業(yè)內(nèi)容,此外針對進(jìn)出周界區(qū)之人員、車輛執(zhí)行CCTV跟隨畫面追蹤鎖定,確保非授權(quán)者進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)造成破壞,以達(dá)雙重安全管制保障。
升壓變壓器及電力開關(guān)廠部分:變壓器區(qū)及一次電力傳輸?shù)拈_關(guān)廠,通在會在風(fēng)力機(jī)的塔筒底部機(jī)房及塔筒邊的區(qū)域,與其它類型發(fā)電廠同樣具有相同的感電、電弧放電及絕緣礙子和變壓器高溫爆炸等這些安全上的危險,因此變壓器的工作溫度還有散熱風(fēng)扇運作、升壓電壓、電流量變化都要納入風(fēng)力發(fā)電的影像監(jiān)控范圍內(nèi);開關(guān)廠部分,也屬于高壓電力危險區(qū)域,在此區(qū)域架設(shè)的PTZ高清監(jiān)視攝像機(jī)須考慮維修時過度接近電力設(shè)備時的電磁干擾問題,必須用嚴(yán)格的HD高清影像來管制門禁,以確實掌握進(jìn)出人員身份。
未來安全監(jiān)控發(fā)展
由于大部分風(fēng)電站都位處偏僻區(qū)域,監(jiān)控必須符合無人化、遠(yuǎn)程化、高清化及網(wǎng)絡(luò)化的要求,但由于部分風(fēng)電站處于海岸休憩區(qū),風(fēng)力發(fā)電站的安全保密及傳輸線路安全都變得非常重要,因此3G架構(gòu)傳輸也變成是風(fēng)力發(fā)電站在監(jiān)控及影像和數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)陌l(fā)展需求之一。
在整體解決方案上,目前以模擬為主加部分?jǐn)?shù)字的混編架構(gòu)方式為主。對于風(fēng)力發(fā)電站的整體要求來說,遠(yuǎn)距、實時是風(fēng)力發(fā)電站運作首要條件。解決方案內(nèi)容跟其他能源發(fā)電廠一樣必須做到將遠(yuǎn)程的圖像監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)控、防盜、消防和報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)合并結(jié)合復(fù)雜的設(shè)備安全監(jiān)控系統(tǒng),才能有效的預(yù)防事故發(fā)生、確保風(fēng)力發(fā)電站運行安全。
隨著電力能源不足及風(fēng)力發(fā)電站不斷發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電站安全監(jiān)控應(yīng)用項目及解決方案也會不斷改良,朝風(fēng)力發(fā)電站的安全監(jiān)視監(jiān)控整體化的集成系統(tǒng)發(fā)展,包含環(huán)境及設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、報警系統(tǒng)的高智能化、自動化、一體化。
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