馬玉波 馬成威

摘 要：為了使風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓電流恒定，其頻率也保持恒定。保證用戶(hù)使用風(fēng)電的電能質(zhì)量，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)加裝中間裝置，提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使其更容易并入電網(wǎng)，電力系統(tǒng)人正做著不懈的努力。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)；中間裝置；力臂整定；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

中圖分類(lèi)號(hào)：TM614 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）20-0177-02

中國(guó)電力能源與其他能源之間有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。只要提到電，就離不開(kāi)絕緣的問(wèn)題。尤其是導(dǎo)線(xiàn)的絕緣。而導(dǎo)線(xiàn)的絕緣離不開(kāi)橡膠能源。廢舊塑料回收，重新加工利用是國(guó)家的廢物回收制度中的一項(xiàng)措施。但是如果這些回收再利用的塑料橡膠再用到導(dǎo)線(xiàn)絕緣上，那么由于廢舊的塑料和橡膠本身再用到導(dǎo)線(xiàn)的絕緣上，由于廢舊的塑料和橡膠本身是老舊的，與新塑料相比，絕緣強(qiáng)度本身就降低了。如果再利用它制成絕緣材料，用到導(dǎo)線(xiàn)外皮上，那么導(dǎo)線(xiàn)外皮的絕緣強(qiáng)度就與廢舊塑料橡膠的絕緣強(qiáng)度相同了。所以如果將具有這樣絕緣外皮的導(dǎo)線(xiàn)接入到二次設(shè)備的接線(xiàn)中而不進(jìn)行絕緣保護(hù)試驗(yàn)，就會(huì)使導(dǎo)線(xiàn)即使在正常工作電流時(shí)也會(huì)發(fā)生絕緣擊穿燒毀現(xiàn)象。風(fēng)力資源發(fā)電是當(dāng)前新能源發(fā)展的重點(diǎn)，其重要性已形成共識(shí)，發(fā)展空間可期。但是我們也要注意到風(fēng)力發(fā)電可能帶來(lái)的負(fù)面因素影響，以及風(fēng)力發(fā)電目前遇到不少瓶頸問(wèn)題，有待進(jìn)一步研究解決。

1 風(fēng)力資源發(fā)電的負(fù)面影響分析

電力系統(tǒng)是電能發(fā)、輸、變、配的一個(gè)過(guò)程，與其他能源的關(guān)系非常密切。比如一次能源煤炭，非一次能源風(fēng)力資源、水利資源 、核能、太陽(yáng)能和秸稈等。每一種能源在產(chǎn)生電能的過(guò)程中，都會(huì)有利弊，都會(huì)形成對(duì)自然的危害。燃煤電廠會(huì)造成CO2 和SO2的排放污染；核能發(fā)電會(huì)造成核輻射及核泄露的污染。水資源會(huì)造成水災(zāi)害。那么清潔能源——風(fēng)力資源會(huì)不會(huì)也存在對(duì)環(huán)境的危害呢？

以水資源發(fā)電為例，水利發(fā)電的特點(diǎn)是蓄水量決定發(fā)電量。水利發(fā)電的大壩長(zhǎng)而且寬，蓄水量大，對(duì)地面的壓力相當(dāng)大。在強(qiáng)大重力的作用下，水對(duì)地殼的壓力發(fā)生變化。利用水的勢(shì)能和水的落差動(dòng)能推動(dòng)水輪機(jī)蝸殼的葉片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。是水的勢(shì)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能最后轉(zhuǎn)變成電能。同水利發(fā)電相比，風(fēng)力資源也是發(fā)電成本低，價(jià)格廉的。并入電網(wǎng)的電能質(zhì)量也是一樣的。那么風(fēng)力資源的利用會(huì)不會(huì)對(duì)氣候產(chǎn)生影響呢？設(shè)想一下；風(fēng)力發(fā)電機(jī)被風(fēng)吹動(dòng)的同時(shí)，除了空氣動(dòng)力學(xué)的原理外，還有一個(gè)作用力與反作用力的作用結(jié)果。風(fēng)在吹動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，發(fā)電機(jī)的葉片也對(duì)風(fēng)產(chǎn)生反作用力。對(duì)外側(cè)風(fēng)是阻力，對(duì)內(nèi)側(cè)風(fēng)是旋轉(zhuǎn)作用力。所以外側(cè)風(fēng)是作功狀態(tài)而內(nèi)側(cè)風(fēng)是渦流狀態(tài)。這時(shí)風(fēng)的速度與方向都會(huì)在發(fā)電機(jī)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的力的作用下發(fā)生略微的改變。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)密集的區(qū)域，這種影響力匯聚到一起，就會(huì)形成風(fēng)的低速帶，從而形成大面積渦流，進(jìn)而影響到氣候的變化。這種變化體現(xiàn)在暴雨和龍卷風(fēng)等?，F(xiàn)在，風(fēng)力發(fā)電在世界上已經(jīng)形成了成熟的四大發(fā)電體系之一，并且所占比重逐年增加。如果說(shuō)現(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電和其他生產(chǎn)方面的廢氣CO2和SO2氣體排放影響氣候和造成自然災(zāi)害，那么風(fēng)力資源發(fā)電過(guò)程中對(duì)風(fēng)的影響造成的危害也是一個(gè)潛在的危機(jī)，不容忽視。

2 破解風(fēng)力發(fā)電遇到瓶頸的方法

風(fēng)力發(fā)電目前的瓶頸在于很難大規(guī)模應(yīng)用，并提高風(fēng)力資源利用效率。目前最重要的是提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，如何提高的有以下三條途徑

2.1 調(diào)整風(fēng)力發(fā)電機(jī)中力臂的長(zhǎng)短，確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)速恒定

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理是利用風(fēng)吹動(dòng)葉片產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。如果以一個(gè)大的力臂去帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，那么發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就會(huì)大大增加。所以把發(fā)電機(jī)的葉片加長(zhǎng)， 就可以達(dá)到這個(gè)效果。加長(zhǎng)的多少要根據(jù)所要獲得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來(lái)決定。我們需要獲得的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是3 600轉(zhuǎn)/min。主要是應(yīng)用杠桿原理。在風(fēng)吹的方向，風(fēng)遇到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片時(shí)，在風(fēng)垂直吹到的葉片的內(nèi)側(cè)，風(fēng)發(fā)生衍射，這使葉片前后的風(fēng)速發(fā)生變化，形成風(fēng)速差。這時(shí)葉片受到風(fēng)的合力最大。當(dāng)衍射結(jié)束后，葉片受到的合力最小，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度減小，這時(shí)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)依靠慣性的作用。當(dāng)下一個(gè)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到這個(gè)位置時(shí)，也同樣在葉片的背面發(fā)生衍射，此時(shí)葉片受到的合力最大，同時(shí)增大了葉輪的轉(zhuǎn)速。所以每片風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片都要經(jīng)過(guò)這個(gè)位置，受到風(fēng)的最大作用力，保持葉輪持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)。如果多增加幾片風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片，那么就增加了葉片受到風(fēng)最大作用力的頻率。比如用5或6片都可以，并且提高葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。增加了風(fēng)的利用效率。由于自然界風(fēng)速有大有小，不是一個(gè)恒定的量，所以風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子所獲得的轉(zhuǎn)矩也不同，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也不能穩(wěn)定，不會(huì)是一個(gè)恒定的值，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的頻率也不會(huì)是一個(gè)恒定值。如何改變這種情況，并充分利用風(fēng)能是關(guān)鍵的問(wèn)題。

我們知道風(fēng)有12個(gè)等級(jí)，陸地上能承受的只有10級(jí)，而海上能承受12級(jí)。所以我們把1、2級(jí)風(fēng)忽略不計(jì)，取陸地上3-10級(jí)風(fēng)和海上3-12級(jí)風(fēng)為設(shè)計(jì)目標(biāo)。我們把陸地上風(fēng)速定為8（海上10）個(gè)檔。在與轉(zhuǎn)子同軸的這8（10）個(gè)檔是由設(shè)置長(zhǎng)短不同的8（10）個(gè)力臂來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)級(jí)的風(fēng)速設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)度的力臂。在風(fēng)速變化時(shí)，通過(guò)測(cè)風(fēng)儀測(cè)出風(fēng)速，選擇相應(yīng)風(fēng)速級(jí)別的力臂長(zhǎng)度，這8（10）個(gè)力臂長(zhǎng)度可以建立在1根長(zhǎng)的銅質(zhì)或鋼質(zhì)的帶閥的槽型金具上調(diào)節(jié)。在某個(gè)風(fēng)速作用下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)這個(gè)風(fēng)速下力臂的長(zhǎng)度，可以使風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到一個(gè)恒定值。那么如何去確定每級(jí)風(fēng)速下的力臂長(zhǎng)度？我們可以通過(guò)我們確定的恒定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速3 600轉(zhuǎn)/min來(lái)整定每級(jí)風(fēng)速下所對(duì)應(yīng)的力臂的長(zhǎng)短。可以得到8（10）級(jí)檔的力臂的長(zhǎng)短，也是這8（10）級(jí)檔的力臂的整定值確定了。這個(gè)力臂的中心軸與風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的軸是同軸。整定力臂的長(zhǎng)短是為了風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的恒定，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓值恒定。頻率恒定。設(shè)想中間裝置為鳥(niǎo)籠式非同軸裝置。

如果說(shuō)6、7、8、9、10級(jí)風(fēng)這么一整定浪費(fèi)了，力臂太短，那么我們可以重新確定轉(zhuǎn)子的頻率，比如確定輸出頻率為100 Hz然后再進(jìn)行變頻為50 Hz也可以。但是這樣需要單獨(dú)安裝變頻裝置。能夠?qū)⒍沃C波轉(zhuǎn)換成基波。我們將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速確定為 7 200轉(zhuǎn)/min，將6、7、8、9、10（11、12）級(jí)風(fēng)速對(duì)應(yīng)的力臂整定的足夠長(zhǎng)，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到7 200轉(zhuǎn)/min，每一級(jí)風(fēng)速下對(duì)應(yīng)的力臂長(zhǎng)度即是該級(jí)風(fēng)速下的整定力臂。這就需要在兩根與風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸的銅質(zhì)或鋼質(zhì)的帶閥的槽型金具上調(diào)節(jié)。3-5級(jí)風(fēng)速為一根金具，6-10級(jí)風(fēng)速為一根金具。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)也必須同時(shí)滿(mǎn)足頻率為7 200轉(zhuǎn)/min分的要求。

2.2 增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔筒基底部面積

如果將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片傳遞的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能最大限度發(fā)揮作用，那我們必須將它的塔筒基底部轉(zhuǎn)變成足夠大面積 ，才能滿(mǎn)足大力臂的旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)也可以考慮使用最小型火力發(fā)電機(jī)。水輪發(fā)電機(jī)與蝸輪相連，火力發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)相連，風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接與轉(zhuǎn)動(dòng)葉片相連。所以要想將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的作用力效果擴(kuò)大，就需要加裝中間裝置。這樣才能將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高到我們需要的轉(zhuǎn)速。就像水力發(fā)電要把水壩修的很高增加水的勢(shì)能一樣。這就是我產(chǎn)生上述想法的原因。至于供給風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電源的變壓器額定電壓的確定，可根據(jù)發(fā)電容量大小來(lái)解決。

2.3 設(shè)置發(fā)電機(jī)集中控制裝置

如何對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)裝置的控制，可以設(shè)置監(jiān)控站，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行集中控制。主要控制方式包括對(duì)發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)裝置，廠用電，電氣運(yùn)行控制裝置（運(yùn)行負(fù)荷，電壓，電流）包括對(duì)中間裝置的監(jiān)控等形成集中控制站。可以對(duì)方圓十公里的風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用一個(gè)主控室，便于操作和維護(hù)?？刂品秶罁?jù)實(shí)際運(yùn)行情況而定。與火力發(fā)電機(jī)電氣運(yùn)行的原理相似。

綜合上述三點(diǎn)，我們可以得到這三點(diǎn)都能提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。比現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)要復(fù)雜，對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速要提高很多。

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