大唐新疆清潔能源有限公司，新疆烏魯木齊 830011

一、引言

風(fēng)能的利用，主要是用于風(fēng)力發(fā)電，由于風(fēng)資源的間歇性、隨機(jī)性、不可控性，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中保證實(shí)時(shí)、可靠控制是關(guān)鍵。測(cè)風(fēng)系統(tǒng)作為其信號(hào)來(lái)源，為其變槳控制、偏航控制提供控制信號(hào)，作用及其重要。同時(shí)，測(cè)風(fēng)信息對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)選址、風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)型選擇及風(fēng)電場(chǎng)理論估算也是重要依據(jù)。

設(shè)備管理是整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)管理中的重要環(huán)節(jié)之一，如何降低非計(jì)劃停運(yùn)，保證設(shè)備的長(zhǎng)期安全運(yùn)行，將設(shè)備治理作為提高安全經(jīng)濟(jì)型的切入點(diǎn)也成為近年來(lái)風(fēng)電場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)。為了提高設(shè)備管理水平，保證設(shè)備正確無(wú)誤運(yùn)行，其測(cè)量分析顯得極其重要。加之，風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)多處于戈壁、荒山等自然條件惡劣環(huán)境，為了避免不安全事故的發(fā)生，控制系統(tǒng)可靠性要求較高，信號(hào)采集的準(zhǔn)確與系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系密切，測(cè)風(fēng)儀器設(shè)備的管理及數(shù)據(jù)采集的分析在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中很關(guān)鍵。

二、常用測(cè)風(fēng)儀的分類

風(fēng)速風(fēng)向儀的總體可分為三類，分別是機(jī)械式、傳統(tǒng)超聲波式和超聲波共振式。

機(jī)械式測(cè)風(fēng)儀是風(fēng)電場(chǎng)最常用的一種測(cè)風(fēng)裝置，風(fēng)向傳感器用來(lái)測(cè)量風(fēng)向，同時(shí)一個(gè)用來(lái)防止結(jié)冰的自調(diào)節(jié)PTC—加熱裝置和電阻器彼此連接在傳感器的端口和外罩之間用來(lái)防止靜電放電、信號(hào)通過(guò)光電方式產(chǎn)生[1]。機(jī)械式測(cè)風(fēng)儀器，采用測(cè)風(fēng)速與風(fēng)向分別測(cè)量，存在旋轉(zhuǎn)架構(gòu)，磨損損耗大，密封要求高，受戶外環(huán)境影響大，定期維護(hù)工作量大，人工成本增加。但其價(jià)格便宜，構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于安裝受到客戶的歡迎[2]。

傳統(tǒng)超聲波式測(cè)風(fēng)儀器，將超聲波技術(shù)應(yīng)用到傳感器中，無(wú)移動(dòng)部件及堅(jiān)固的不繡鋼結(jié)構(gòu)使得無(wú)需維修與現(xiàn)場(chǎng)校對(duì)時(shí)進(jìn)行加熱，保證了傳感器不會(huì)結(jié)冰或積雪[3]。 避免了機(jī)械損耗，同樣受到沙塵、大雪、雨水、霜霧影響測(cè)量結(jié)果，尺寸大，加熱難，溫度影響大。

超聲波共振式測(cè)風(fēng)儀器風(fēng)速與風(fēng)向集中測(cè)量，結(jié)構(gòu)小巧，加熱方便，環(huán)境要求低，可靠性高，但其價(jià)格昂貴[4]。

超聲波共振式風(fēng)速風(fēng)向儀是利用聲超聲信號(hào)在一個(gè)較小的腔體內(nèi)發(fā)生共振來(lái)測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向[5]。其采用聲共振技術(shù)原理，共振效應(yīng)大幅增強(qiáng)了信噪比，因而能在極小的共振腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的聲速測(cè)量。

三、淺談測(cè)風(fēng)儀的故障分析及維護(hù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)情況，測(cè)風(fēng)儀的故障主要集中在以下幾點(diǎn)：

（1）常溫測(cè)風(fēng)儀放置在低溫高溫環(huán)境中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)所處的惡劣環(huán)境下，會(huì)使得測(cè)風(fēng)儀工作失靈；

（2）測(cè)風(fēng)儀防護(hù)等級(jí)低，會(huì)導(dǎo)致沙塵，微小塵埃進(jìn)入，使得測(cè)風(fēng)儀失靈，甚至抱死；

（3）暴風(fēng)、雷雨天氣的影響下，測(cè)風(fēng)儀會(huì)導(dǎo)致風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀損壞；

（4）大風(fēng)天氣會(huì)造成捆扎不結(jié)實(shí)的線路中短；

（5）測(cè)風(fēng)儀如果長(zhǎng)期運(yùn)行在潮濕的環(huán)境中，使得測(cè)風(fēng)儀壽命縮短；

（6）結(jié)冰天氣對(duì)于測(cè)風(fēng)儀影響很大，使得測(cè)風(fēng)儀結(jié)冰，測(cè)風(fēng)儀傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不準(zhǔn)確，直接影響到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制系統(tǒng)中的主動(dòng)偏航；

（7）測(cè)風(fēng)儀位于機(jī)艙外部，大氣電磁干擾的作用下，使得測(cè)風(fēng)儀測(cè)量不準(zhǔn)確。

測(cè)風(fēng)儀出現(xiàn)故障之后，要及時(shí)的對(duì)于故障進(jìn)行處理與維修，針對(duì)故障問(wèn)題從測(cè)風(fēng)裝置設(shè)備設(shè)計(jì)要求必須滿足以下要求：

（1）測(cè)風(fēng)儀要具有防腐蝕能力，表面要經(jīng)過(guò)防腐層處理，保證戶外使用的安全可靠的運(yùn)行；

（2）寒冷地區(qū)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，所以測(cè)風(fēng)儀帶有自加熱功能，熱敏電阻隨溫度的降低而加熱升高，隨溫度的增加而降低；

（3）為了避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)，影響測(cè)風(fēng)儀的數(shù)據(jù)傳輸，測(cè)風(fēng)儀需抗震性能好；

（4）對(duì)于高風(fēng)速會(huì)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的變形，使得測(cè)風(fēng)儀在高風(fēng)速不會(huì)損壞。超聲波與超聲波共振式?jīng)]有移動(dòng)原件，所以不存在磨損和性能隨使用時(shí)間而降低的問(wèn)題；

（5）滿足測(cè)風(fēng)儀的防水、防塵、防沙安全保護(hù)等級(jí)，無(wú)論哪種原理結(jié)構(gòu)的，測(cè)風(fēng)儀的防護(hù)等級(jí)都大于或者等于IP64的防護(hù)等級(jí)，從而滿足了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的惡劣環(huán)境下的使用要求。

通過(guò)測(cè)風(fēng)儀在風(fēng)電機(jī)組實(shí)際應(yīng)用，避免出現(xiàn)測(cè)風(fēng)儀故障，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行提出如下要求：

（1）出現(xiàn)結(jié)冰的現(xiàn)象后，應(yīng)該立即進(jìn)行清理；

（2）檢修人員或者運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)環(huán)境的污穢等級(jí)定期對(duì)于測(cè)風(fēng)儀進(jìn)行校正；

（3）充分利用風(fēng)電機(jī)組半年檢修、全年檢修對(duì)測(cè)風(fēng)儀進(jìn)行維護(hù)；

（4）對(duì)于風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)偏大或者偏小時(shí)，及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)；

（5）測(cè)風(fēng)系統(tǒng)數(shù)值與實(shí)際功率不一致時(shí)，需要進(jìn)一步查找設(shè)備原因；

（6）風(fēng)電場(chǎng)投運(yùn)后，測(cè)風(fēng)裝置采集的數(shù)據(jù)需要運(yùn)行值班人員定期收集，按照日周月及時(shí)備份，為分析問(wèn)題提供數(shù)據(jù)支撐。比如：測(cè)風(fēng)塔位置選擇是否合理具有代表性、可研報(bào)告中湍流強(qiáng)度與實(shí)際是否吻合、微觀選址報(bào)告中風(fēng)機(jī)位置布置是否最理想，通過(guò)數(shù)據(jù)積累可以開(kāi)展分析自評(píng)價(jià)工作。測(cè)風(fēng)裝置數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤是特別重要，統(tǒng)計(jì)管理也是必不可少的。

四、測(cè)風(fēng)系統(tǒng)故障實(shí)例分析

某風(fēng)電場(chǎng)19:30分風(fēng)機(jī)監(jiān)控機(jī)告DT01“風(fēng)速與功率不匹配”故障（現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速11m/s，功率600kW，單機(jī)容量2000kW）。19:40分，風(fēng)速逐步增加，辦理工作票后，運(yùn)行人員及消缺人員共同對(duì)風(fēng)機(jī)塔基對(duì)比分析排查，發(fā)電機(jī)、逆變器、控制系統(tǒng)等電氣設(shè)備運(yùn)行正常，由于照明不足及風(fēng)速增大，安全性得不到保證，未進(jìn)行登塔進(jìn)一步排查故障。通過(guò)逐步排查分析認(rèn)為風(fēng)速儀故障，需要待風(fēng)小后登塔作業(yè)，確定故障類型。20:30分，消缺人員交代運(yùn)行人員加強(qiáng)監(jiān)視，待風(fēng)速下降后通知再去現(xiàn)場(chǎng)登塔作業(yè)。次日07:30，現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速降低至3m/s，滿足作業(yè)條件，消缺人員登塔進(jìn)行巡視，發(fā)現(xiàn)其測(cè)風(fēng)儀卡澀，手動(dòng)撥動(dòng)不靈敏，更換DT01風(fēng)機(jī)測(cè)風(fēng)儀器后，告警消失。測(cè)風(fēng)系統(tǒng)故障告警，并與其相關(guān)設(shè)備進(jìn)行排查，包含信號(hào)傳輸進(jìn)行查看，對(duì)測(cè)風(fēng)儀進(jìn)行定期與不定期維護(hù)，可以大大降低采集信號(hào)故障率，也可以提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率曲線匹配度。

五、測(cè)風(fēng)系統(tǒng)在某風(fēng)電場(chǎng)中的數(shù)據(jù)分析

1、某風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量為49.5MW，其安裝單機(jī)容量為33臺(tái)的1500kW雙饋風(fēng)機(jī)，其1月份發(fā)電量及風(fēng)資源情況如圖1所示。

通過(guò)圖形可知，風(fēng)資源情況與發(fā)電量存在偏差，主要1月13日日發(fā)電量約為90萬(wàn)度，其中平均風(fēng)速低于5m/s，截止到1月20日發(fā)電量約為80萬(wàn)度，平均風(fēng)速約為3m/s，對(duì)比分析整理數(shù)據(jù)，其中1月13日-20日，發(fā)電量及平均風(fēng)速、有效風(fēng)時(shí)數(shù)不匹配，存在平均風(fēng)速過(guò)小。進(jìn)一步排查原因單臺(tái)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析風(fēng)機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及關(guān)口表計(jì)量發(fā)現(xiàn)，有1臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)電量數(shù)據(jù)劇增，導(dǎo)致發(fā)電量數(shù)據(jù)成畸形變化，造成全場(chǎng)發(fā)電量統(tǒng)計(jì)偏差，監(jiān)控系統(tǒng)存在偏差所致，對(duì)其數(shù)據(jù)按照臨近風(fēng)機(jī)進(jìn)行修正后，發(fā)電量仍存在偏差。分析其采集的每臺(tái)風(fēng)速數(shù)據(jù)，有3臺(tái)風(fēng)機(jī)采樣數(shù)據(jù)比實(shí)際平均風(fēng)速過(guò)小所致，幾乎為零。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)及存在問(wèn)題的測(cè)風(fēng)裝置進(jìn)行更換后恢復(fù)正常。

2、某風(fēng)電場(chǎng)單臺(tái)機(jī)組實(shí)際曲線如圖2所示。其中實(shí)際功率曲線處于小風(fēng)期時(shí)功率曲線不達(dá)標(biāo)，大風(fēng)期間曲線不夠平滑，首先通過(guò)功率曲線擬合矯正空氣密度的影響，最后通過(guò)對(duì)測(cè)風(fēng)裝置進(jìn)行校零，后進(jìn)行3個(gè)月數(shù)據(jù)收集繼續(xù)對(duì)比分析，功率曲線基本平滑過(guò)渡，仍存在8m/s～9m/s之間低于標(biāo)準(zhǔn)功率曲線，需要繼續(xù)收集收據(jù)且分析查找問(wèn)題，通過(guò)時(shí)間校正滿足要求。

六、總結(jié)

測(cè)風(fēng)儀可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境的風(fēng)速值、風(fēng)向值，為控制系統(tǒng)的變槳、偏航提供信號(hào)來(lái)源，以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行為目的，為提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全提供有力的保證。選擇何種形式的測(cè)風(fēng)儀要根據(jù)實(shí)際的風(fēng)速等各種外部條件，另外綜合多種因素，選擇適合自己風(fēng)場(chǎng)應(yīng)用的測(cè)風(fēng)儀很是必要，測(cè)風(fēng)儀的生產(chǎn)廠家也在不斷的提高測(cè)風(fēng)儀的可靠性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，減少維修次數(shù)。測(cè)風(fēng)儀出現(xiàn)故障之后要及時(shí)的進(jìn)行處理與維護(hù),保證控制系統(tǒng)的信號(hào)來(lái)源。測(cè)風(fēng)儀安裝方便，只需要在散熱支架上面鉆孔，即可以安裝，但是電氣連接必須由電氣專業(yè)人員進(jìn)行，必須根據(jù)適用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范連接電氣設(shè)備，供電電壓不允許超過(guò)上限值。對(duì)于測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的分析及判斷也非常重要，利用多種統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行擬合分析判斷，預(yù)測(cè)提供依據(jù)、風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)、評(píng)估提供專業(yè)決策也是后續(xù)發(fā)展方向。