风电环境下自动化产品的发展应更全面、更细致

       近些年，随着传统能源的对环境不断带来恶劣的影响，以太阳能、风能为主力军的低碳、节能、环保的新能源行业迅速崛起。这其中，风电经过多年来的发展，已成为了行业中的主要力量。

       今天，针对风电行业在特殊环境下自动化产品使用状况，我们特别邀请了工控网的资深用户、国内著名风电设备研发及制造企业的自动化工程师刘健，谈了谈他对此问题的认识与看法。

       首先，刘工向我们介绍了风电行业的工作环境。他说，风电工作环境归结为户外环境，具有高温、高湿、低寒、风沙、盐雾等主要特点。

       其中，高温是指风机在夏日工作的温度，室外温度往往在40-43摄氏度，地表温度高达50摄氏度。这种情况下，液压系统受到的影响会很大，由于液压油是液压系统的主要工作介质，而粘度又是液压油的主要指标，随着温度的升高，液压油的粘度将会明显下降，会导致液压泵的内渗漏量增大，增加液压泵的容积损失降，低泵效率，同时油体受热后体积增大，容器内压增加，密封件的密封性能也会大大降低，严重时还会使润滑表面产生磨损，缩短设备寿命。其次，受到高温考验的还有柜体内的产品，如PLC等，由于大多数柜体的散热能力有限，导致柜内的设备温度有时会达到70度甚至更高，容易造成死机或者其他的故障现象。因此，在高温环境下，不仅要求产品本身需要具备很好的耐热性，同时，其还必须具有良好的冷却配套设施加以辅助。

       低寒主要指在一些三北地区或者其他特殊地区，其冬天最低环境温度达到零下30摄氏度以下。通常，在这种温度下，对主要零部件会有着极大的考验，例如：传动系统中的齿轮箱、主轴等，这类零部件在低温时容易发生脆性断裂，对系统的整体正常、安全运行都会产生很大的影响，这就要求，针对材料的不同特性，要采取必要的防止低温脆断技术措施，定期检查，保障设备的安全工作。其次，一般电子电气器件功能受温度影响较大，低温时往往不能达到正常启动状态，比如液晶显示屏在低温状态下经常会出现无法正常启动的现象，这时，可以采取在柜体内加热，保持局部环境的温度，通过实践证明，这一方法是简单有效的。此外，风力发电机组所使用的油品受到低温的影响也比较大，这其中主要是润滑油。低温时润滑油的流动性会变差，需要润滑的部位可能得不到充分的供给，这会危及设备的安全运行！可以通过加热的方法，使油温维能够持在正常的水平。

       高湿主要指在一些近海、湖项目、林区等地，湿度持续性的达到95%以上。这种情况下，设备本身的绝缘，吸潮性能都会受到影响，同时还容易产生凝露，造成绝缘击穿等现象。比如人机交互界面等就极易发生这样的故障。这就需要设备本身的IP防护等级最好能够都到IP65，这样设备就不容易被湿空气侵入，特别是当凝露出现的时候，给设备的绝缘造成破坏。

       风沙主要指内蒙、甘肃、新疆等风沙大的地方，其风沙能侵入到机组内部，影响机组的运动特性。受风沙影响最大的，当属风机叶片。经过风沙长期的吹打以及自身的磨损，叶片经常会开裂，如果发现不及时，风机继续运作，那么叶片折断、落地现象极有可能发生，会造成停机事故。此外，外部风沙很大，会造成沙尘大面积覆盖自动化设备上，造成产品散热、绝缘等性能将降低，这就要求，我们所用的一些控制产品要采用低功耗、无风扇的设计，以保证受到的影响最小化。

       盐雾主要指在沿海，沿盐湖地区，其盐雾较大，对机组腐蚀严重情况。通常，海上风电场从风机的基础结构到塔筒，从叶片到机舱，从风电机组各类机械零部件到电气元器件，都会面临腐蚀的考验，有些腐蚀因素甚至是致命的。就拿一个简单的例子来说，比如海边或海上风电机组控制器中的低压电气产品，由于盐雾湿度的影响，表面一切正常的断路器可能里面已挂满结晶的小盐粒，这就意味着产品的报废，如果发现不及时，也将造成严重的安全隐患。目前，解决这个问题最好的方法，就是产品在设计生产时，一定要做好防腐处理，以保证产品能有更好的耐腐蚀性能。

       我国幅员辽阔，北方低温、风沙大，南方高温、高湿、高盐雾，海岛雷击较多，高原地区空气稀薄，以上这些环境因素在我国的风电行业中都会遇到，这就要求应用与风相关的自动化产品时要细分区域，针对不同区域使用不同的适用产品。

       接下来，他给我们介绍了风电行业自动化产品使用的一些特点。他说，风机内的自动化产品主要由PLC组成，另外，还有部分人机交互的产品会得到使用。其他的还有单片机系统控制，其属于内置设备。风电产品相对而言，其自动化产品的控制功能相对简单，基本均为一级执行设备或者二级执行设备，同时相互之间的协作也主要是内部协作。变流系统的控制策略和整机的控制策略会相对复杂一些。

       以一个风机整机系统来举例：

       风机从上到下需要的机组系统包括了变桨系统、机舱系统、主控系统、变流系统和冷却系统等。主控系统相当于风机的大脑，实现相关逻辑运算，与各系统信息交互。变桨系统接受主控系统的命令完成相关动作，并将检测到到的相关信息反馈给主控；在主控通讯系统中断或者机组断电的时候；自行独立执行顺桨系统，保证机组安全。机舱系统接受主控系统的命令完成相关动作，并将检测到到的相关信息反馈给主控。变流系统接受主控系统的命令完成相关动作，并将检测到到的相关信息反馈给主控；完成变流内部的控制。冷却系统接受主控系统的命令完成相关动作，并将检测到到的相关信息反馈给主控。

       在这些系统之中，主控系统为PLC的主站系统，其他的均为PLC的子站系统。对于PLC所使用的产品品牌，目前多为倍福、西门子、欧姆龙、三菱、巴赫曼、和利时等，这些品牌对于风机系统来说，其稳定性能较好，环境适应性强，通用及兼容性好。

       除了机组系统之外，风机系统中，还有一个重要的部分，那就是通讯系统。通讯系统包含了人机交互系统、远程通讯系统、中央监控系统、能量管理系统，scada系统等相关系统。其中，人机交互系统实现人机信息的交互；远程通讯系统将风机就地信息通过光纤或者其他通讯网络传递给中央监控；中央监控系统实现对风场内所有风机的监控；能量管理系统实现对风场内相关能量系统的控制；Scada系统实现风机的网络远程监控。

       在通讯系统之中，涉及的自动化产品主要为人机交互界面和交换机等。这其中首推研华的人机交互界面和东土的交换机，这些产品比较适合风机系统环境工作范围宽、稳定性能好的特点要求。

       此外，针对实际的工作经验，对风电自动化产品的改善，刘工给出了一些自己的观点。他认为，目前风电自动化产品在使用中均会面临一个问题，就是在设备带电的时候，或者说柜体正常的时候，均可以较好的运行，而当柜体出现问题的时候，出现故障的概率就会相对较高。究其原因，多是因为产品的温宽性能不够引起的。他希望相关自动化厂商，今后在产品改进时可以做到：

       1、提高产品的受耐性能，以更好的适应环境的变化；

       2、给产品本身在小空间范围内添加自己的环控设备，这样设备无论在低温或是高温状态下，均能更快的达到正常的工作状态。

       3、关于风机自控设备，建议不管是其发生任何故障，在报故障前须发出报警信息，这样有利于对于风机的无人值守和安全运行。

       最后，刘工对今后风电行业的发展进行了一下展望。他觉得，如今的风电的大环境已由前几年的爆发式增长变为现在的理性和规划式的发展。同时，由于电网建设等原因，导致一些地方风电发展已经过剩，存在部分弃风的状况。风电在未来的发展应该考虑更多的因素，如发电量担保，备件消耗等，只要我们考虑的更全面和更细致，风电行业还会继续蓬勃发展。