- 即插即用的低成本與高可用性
- 應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)、光纖骨干網(wǎng)等
- 使用便于安裝的工業(yè)連接器技術(shù)
- 恰當(dāng)?shù)木€纜配置
隨著風(fēng)能行業(yè)不斷趨于成熟，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)業(yè)已初露端倪。標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)開始對風(fēng)力渦輪機(jī)研究制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范?，F(xiàn)在及過去，大部分設(shè)計(jì)師傾向于選擇現(xiàn)有的成熟技術(shù)，如工業(yè)以太網(wǎng)或向模塊化工業(yè)連接器這樣已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可的產(chǎn)品。
即插即用帶來更低的成本與更高的可用性
風(fēng)力渦輪機(jī)的復(fù)雜構(gòu)造需要針對不同功能子系統(tǒng)提供廣泛的線纜解決方案。這些解決方案包括用于向電網(wǎng)傳輸電能的高壓線纜;用于監(jiān)控及SCADA(監(jiān)控控制與數(shù)據(jù)采集)的光纖及以太網(wǎng)線纜;用于控制偏航與槳距的控制線纜;用于電機(jī)及驅(qū)動設(shè)備的電源線。為了加快渦輪機(jī)系統(tǒng)的安裝速度并簡化維護(hù)工作，設(shè)計(jì)師開始趨向于采用“即插即用”解決方案。這樣做的目的是為充分發(fā)揮“即插即用”產(chǎn)品在線纜安裝中的便捷性，從而加快整個風(fēng)能系統(tǒng)的安裝與維護(hù)。
工業(yè)連接器的模塊化設(shè)計(jì)給予了設(shè)計(jì)師在接口及線纜裝配設(shè)計(jì)上極大的靈活性。通過對插頭及鎖止裝置的設(shè)置，線纜裝配完全可以根據(jù)具體應(yīng)用而定制。用于偏航電機(jī)控制的連接器與用于槳距電機(jī)控制的連接器不同，使得線纜不會連接到錯誤的子系統(tǒng)上。顏色標(biāo)識可以根據(jù)功能、電路或其他應(yīng)用參數(shù)進(jìn)行區(qū)分，從而實(shí)現(xiàn)通過視覺十分方便地進(jìn)行分辨，從而可以縮短系統(tǒng)接入電網(wǎng)運(yùn)行所需的時間。
模塊化實(shí)現(xiàn)一個單連接器系列的標(biāo)準(zhǔn)化，從而使其可滿足廣泛的需求，因此能夠簡化供應(yīng)鏈。雖然每種線纜應(yīng)用可能需要不同配置的連接器，但一些模塊可以同時被多種應(yīng)用共享。這種可共享特性能夠減少必要庫存零件的數(shù)量，同時能夠整合線纜裝備中必要步驟的數(shù)量。一個單模塊連接器系列能夠提供上千種應(yīng)用組合。你可以向連接器供應(yīng)商咨詢針對你的具體應(yīng)用所需的部件配置。另一個實(shí)例是不同來源的子系統(tǒng)在到達(dá)裝配地點(diǎn)后都能找到適宜的配對連接器，因而能夠適用于子系統(tǒng)的多渠道供應(yīng)。
能夠說明模塊化優(yōu)勢的另一個實(shí)例就是滑環(huán)的裝配，滑環(huán)的作用是在中心與電機(jī)艙間傳輸數(shù)據(jù)與電能。在多數(shù)設(shè)計(jì)中，如果滑環(huán)需要維修或者更換則需要花費(fèi)大量時間來斷開眾多線纜。完成這樣操作至少需要停機(jī)若干天。而采用模塊化設(shè)計(jì)，所有連接滑環(huán)的線纜可以在幾分鐘內(nèi)斷開，從而實(shí)現(xiàn)快速斷開滑環(huán)。如今，更換滑環(huán)只需要幾小時而不是幾天。 [page]
工業(yè)以太網(wǎng)
光纖骨干網(wǎng)
光纖憑借高帶寬、長傳數(shù)據(jù)路、低噪聲干擾等特性，已成為風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部及其與風(fēng)力電廠中心監(jiān)控控制系統(tǒng)通信連接的最佳選擇。而連接器的選擇主要取決于應(yīng)用參數(shù)的強(qiáng)度。光纖連接器能夠像工業(yè)以太網(wǎng)銅連接器一樣，提供密封的工業(yè)接口。
中壓連接器
將渦輪機(jī)產(chǎn)生的電能傳輸?shù)郊娫O(shè)備和從集電設(shè)備傳輸?shù)斤L(fēng)場變電站是兩種不同的電壓等級。渦輪機(jī)端產(chǎn)生的電壓為600-700V，而在風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔底部將升壓到22 kV到34.5kV(根據(jù)不同國家的標(biāo)準(zhǔn))。一般7-10臺渦輪機(jī)串連在一起，將升壓后的電流傳輸?shù)郊娋W(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)或風(fēng)場變電站。在變電站內(nèi)，電壓將再次提升至幾百千伏用于大功率遠(yuǎn)距離輸電。
由于渦輪機(jī)內(nèi)電壓低于600V-700V水平，因此可采用各種工業(yè)級技術(shù)。復(fù)合線纜(約8-10股)將這些低壓電流傳輸?shù)桨l(fā)電塔底部的升壓變壓器。從那里開始，連接器更多采用能源級產(chǎn)品而不是工業(yè)級或通信級。它們一般采用壓緊或螺絲組裝方式。中壓電流傳輸與信號或低壓電流傳輸?shù)闹饕煌c(diǎn)在于需要更多考慮接地、電涌保護(hù)、短路保護(hù)以及其他問題。
多數(shù)電力傳輸連接器采用直線型連接或T型連接(如圖5)。由于集電網(wǎng)絡(luò)位于地下，可靠性尤為重要。與機(jī)艙的機(jī)械部件需要耐磨與精密電子等需求不同，集電網(wǎng)絡(luò)不像渦輪機(jī)那樣需要連接提供高速及簡便維護(hù)性。安裝完畢后，集電網(wǎng)絡(luò)將工作多年。而集電網(wǎng)絡(luò)的故障將導(dǎo)致許多發(fā)電機(jī)停機(jī)。同樣，集電網(wǎng)絡(luò)到變電站的連接故障將導(dǎo)致整個風(fēng)力發(fā)電站癱瘓。
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聯(lián)網(wǎng)控制中心
不同渦輪機(jī)的通信、監(jiān)控及控制電纜都集中于控制中心，用于控制各渦輪機(jī)、與電網(wǎng)連接、通過互聯(lián)網(wǎng)通信等。將各個渦輪機(jī)聯(lián)網(wǎng)到集中網(wǎng)絡(luò)所需的連接器和線纜選擇與其他網(wǎng)絡(luò)相同?；A(chǔ)線纜系統(tǒng)使網(wǎng)絡(luò)具備管理更簡便，并且能夠適應(yīng)連接網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、路由器系統(tǒng)控制電腦的基礎(chǔ)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的遷移、擴(kuò)容及變更等情況。機(jī)架式插座面板與光纖附件使用戶可以根據(jù)功能和電路來組織和連接線纜。
風(fēng)力發(fā)電“適用”是連接器選擇的關(guān)鍵
價格不再是選擇連接器的關(guān)鍵因素，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時間與風(fēng)力渦輪機(jī)的并網(wǎng)可用性才是選擇的重點(diǎn)。如今，風(fēng)力渦輪機(jī)制造商已從關(guān)注部件的采購成本轉(zhuǎn)向其整個產(chǎn)品生命周期的成本。比如，恰當(dāng)?shù)木€纜配置將大幅縮短風(fēng)力渦輪機(jī)的安裝時間，同樣能加速維修與維護(hù)時間。實(shí)際上，相比風(fēng)力渦輪機(jī)停機(jī)的成本，連接器或線纜解決方案的成本是微不足道的。
參考文獻(xiàn)：
[1] Pikarl, Goldhahn D.World market for wind energy plants[R/OL]. BTM Consult ApS, March 2004.
[2] World Wind Energy Association. World Wind Energy Report 2008[R]. February 2009
[3] Holttinen H, et al. Design and Operation of Power Systems with Large Amounts of Wind Power[C]. IEA Wind Summary Paper. Global Wind Power Conference September 18-21, 2006, Adelaide, Australia
[4] Demeo E A, Grant W, Milligan M R, et al. Wind plant integration[J]. Power and Energy Magazine, IEEE 3 (6): 38–46
[5] Zavadil R,Miller N, Ellis A,Muljadi E. Making connections[J]. Power and Energy Magazine, IEEE 3 (6): 26–37
