【《风力发电机气热法防除冰系统的设计案例》2500字】

风力发电机气热法防除冰系统的设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u30180风力发电机气热法防除冰系统的设计案例 1191661.1单只叶片加热系统设计 179531.2加热系统的电源选择与电源设计 2312961.3结冰监测系统与防除冰控制系统设计 41.1单只叶片加热系统设计风力发电机的叶片结构组大多数采用水平轴三叶片设计，每支叶片的气热法防除冰方法与设计完全相同，现就单支叶片的气热法工作原理和设计进行阐述。风机叶片内腔由剪切腹板将叶片分隔为前缘通道（叶片前缘侧）和后缘通道（叶片后缘侧）两部分，两通道在叶尖部位互相连通，在叶根处入孔板密封后在叶片内部形成一个封闭的内循环通道，如图1所示。图1叶片气热法防除冰工作示意叶片内气热法防除冰系统的主要设备有包括鼓风机、加热器、导风管和挡风板，在轮毂处经由加热控制系统控制实现叶片的加热。通常来说，叶片前缘的结冰情况要更为严重，因此，在叶片的前缘通道内靠近叶根的位置，安装适当功率的鼓风机和大功率的加热器,加热器的出口可以采用半径200mm的耐热导风管沿着叶尖方向进行安装，约距离叶片根部10m位置处，因空间狭窄难以继续向前施工。在导风管的出口处必须设计耐热挡风板，起到固定导热管的作用，并且将出口方向的热空气和叶根方向的冷空气隔绝开来，在保证热空气持续对叶片进行加热的同时，叶片本体内的热空气在鼓风机的作用下沿着自前缘通道到后缘通道的方向在叶片内循环流动。加热器导风管的产出温度约60-80℃的热空气，在叶片前缘通道内进行循环传导和热交换的过程，使叶片壳层材料本体持续加热，进而叶片壳层外面温度升高的目的。同时，因为热空气在叶片的前缘通道和后缘通道之间的往复循环，叶片的叶尖部位、后缘通道和叶根部位的叶片材料也会在这个过程中被持续加热，提升叶片外表面温度。因此，只要在叶片内部的空气被持续加热，叶片的外表面温度将会达到0℃以上，这样就可以达到在冬季为叶片表面除冰的目的。为了使叶片加热系统的工作更可靠并且保护叶片，加热器需要采用无级调功控制的策略，可以以加热器出口的温度为控制变量，叶片防除冰工作系统可以有两种工作模式，防冰模式和除冰模式。1.防冰模式。为了实现叶片表面在临近结冰的情况下防结冰模式开启，保证叶片表面不结冰，根据外部传感器感知环境结冰气象条件的程度可以选择加热器调整功率，控制其产出温度在7０℃。2.除冰模式。为在保证安全的情况下，并且实现风机叶片表面的除冰融冰工作，通常在风机关机状态下进行，根据外部传感器所反馈的叶片表面结冰程度可选择加热器调整功率，控制其传出温度在9０℃。1.2加热系统的电源选择与电源设计风力发电机组通常会在风机整机底塔筒底部配置有800KVA\690V\400KV的干式变压器，为整个风力发电机组提供400Ｖ的工作电源，但是在满足风电机组自身400V工作负荷之外，会导致叶片加热系统的加热器功率不足，叶片防除冰加热系统的加热电源受到限制，无法正常工作。同时，风力发电机组叶片系统动力电源和控制信号将通过滑环装置获取。德国SC168滑环装置如图2所示，配置４动力环和28信号环作为叶片的变桨控制电源和信号传输通道。在风力发电机组设计制造时，制造商通常只会考虑到叶片变桨系统控制所需的动力环以及信号航空插头的配置，包括动力环的负荷载流量(80A)和信号通道数量(16)，未曾考虑到作为叶片加热防除冰系统所用的备用配置。图2风力发电机组滑环装置SC168针对干式变压器的容量限制以及滑环的动力插头与信号航空插头限制，同时结合叶片防除冰系统大所需功率加热器的功率和信号控制系统需求，需要从底塔筒底部干式变压器高压侧(690V)引入单独的动力电源供给叶片防除冰系统工作使用，防除冰系统所需的大功率加热器和鼓风机的工作电压应选择690V电压等级。更换并定制风力发电机组滑环，应新增4通道690V动力环以及配置相应的动力环航空插口和信号环航空插头，滑环动力通道以及叶片加热供电系统，如图3所示。图3滑环装置改造及叶片加热器供电示意叶片加热系统以并联的连接方式从滑环输出端接入690V工作电压。这种接线方式，增加了风机叶片加热除防冰系统工作选择的灵活性，可以同时为三片叶片进行加热除冰，也可以针对某一支叶片或某两支叶片进行加热除冰，风机叶片加热除冰系统工作灵活性大大提高，并且也持续加热时间的选择也会更加方便。1.3结冰监测系统与防除冰控制系统设计风力发电机组叶片气热法防除冰系统中的结冰监测与运行控制系统主要由四个部分组成，其中包括结冰监测系统、结冰数据的分析与处理、电气控制以及加热器单元,结冰监测系统总体框图如图4所示。图4风力发电机结冰检测系统总体框图结冰监测单元：采用双光纤结冰监测传感器，安装在风力发电机组机舱的顶部，全天候监测风力发电机组叶片结冰状态。如监测结冰的类型、结冰的厚度以及结冰速度等主要技术参数。数据分析与处理单元：利用结结冰检测传感器所获取的结冰技术参数，结合风机叶片电子模型，分析数据，估算叶片表面的结冰分布以及整体结冰量，同时与线程实际情况进行结合，然后进行叶片传热效率分析来制定或修正加热器控制策略。电气控制单元：采用PLC控制器，按照加热器的控制策略，结合结冰监测单元所反馈的叶片温度，实施叶片加热系统的运行和管理，上传结冰状态的监测量和下达加热单元的加热执行指令。加热单元：在接受到PLC执行指令后，启动并运行叶片内的鼓风机以及加热器，产生循环的热空气来加热叶片内部壳层，通过热量传导，进而升高叶片表面温度，来实现叶片表面防冰除冰的目的。图5风机机舱顶部结冰传感器采用PLC逻辑控制器控制，当安装在风力发电机机舱顶部的叶片结冰传感器获得外部环境导致叶片结冰的信号后，会将结冰信号传入到加热柜，然后和叶片内的温度传感器所获得的温度数据与所设定的除冰温度进行对比，再经过输入／输出口进行逻辑分析，由PLC逻辑控制器来判断并决定采用哪一种相应的模式。叶片加热系统运行的两种模式选择如下：1.防冰模式。当外界环境温度＜-2℃、湿度＞85%时，系统将会开启防冰模式，加热控制策略应该根据现场的实际情况与所得到的结冰状态相结合，然后进行相应调整，进而