◎高偉剛

歌美颯G52/58-850kW型風機通信故障診斷及優(yōu)化

◎高偉剛

歌美颯G52/58-850kW型風機頂部與底部（遠程監(jiān)控、就地監(jiān)控、頂?shù)撞靠刂破鳎┛刂乒耖g通信采用高透明聚合物的塑料光纖傳輸，信號傳輸不穩(wěn)定，使頂部控制器與底部控制器之間數(shù)據(jù)傳輸信號失真，造成通信故障頻發(fā)，直接影響機組的發(fā)電量及可利用率。將原塑料材質(zhì)光纖替換為多模玻璃光纖，同時對光纖接頭結構進行優(yōu)化，可完全滿足機組通信要求，降低通信故障發(fā)生概率，對提高機組安全性、運行效率方面效益明顯。

早期歌美颯G52/58-850kW型風機頂部底部控制柜通信采用高透明聚合物型的塑料光纖，存在衰減程度大、傳輸性能隨著運行年限的增長在逐漸衰減、光纖接頭隨環(huán)境溫度變化易變形等缺點，引起數(shù)據(jù)傳輸過程中信號失真，造成通信故障頻發(fā)，直接影響機組的發(fā)電量及可利用率。目前主流風力發(fā)電機組頂部底部控制柜通信均采用玻璃材質(zhì)的單?；蚨嗄９饫w進行通信傳輸，玻璃材質(zhì)光纖具有傳輸頻帶寬、損耗低、抗干擾能力強，傳輸穩(wěn)定可靠等特點。經(jīng)過分析論證，將原替換為多模玻璃光纖，同時對光纖接頭結構進行優(yōu)化，優(yōu)化為V-PIN接頭，可滿足機組通信要求，信號傳輸性能穩(wěn)定，通信故障發(fā)生頻率大幅下降（80%）。若根除通信故障的發(fā)生，需更換頂?shù)撞靠刂破骷巴ㄐ殴饫|，改造費用較高。

歌美颯風機通信故障基本情況簡介

某風場共安裝60臺850KW Gamesa機組，其中40臺機組頂部控制柜PLC與底部控制柜CCU之間通信采用塑料光纖。20臺采用玻璃光纖，自投運以來，未報警通信故障。采用塑料光纖的40臺機組頻繁報警“通信”故障，影響機組安全穩(wěn)定運行，造成電量損失，主要通過復位、光纖接頭打磨等方式處理，恢復機組運行。

歌美颯風機通信故障原因分析

由于通信光纖材質(zhì)為塑料光纖，是由高透明聚合物作為皮層材料，只能傳輸紅色50可見光信號，在1～10m之間光的衰減程度低，1～100m光的衰減度達到1/3（實際頂部底部距離為70m），光纖的傳輸性能隨著機組運行年限的增長在逐漸衰減，使頂部控制柜內(nèi)PLC與底部控制柜內(nèi)CCU之間的數(shù)據(jù)傳輸信號失真，光纖接頭隨環(huán)境溫度變化而熱脹冷縮，導致光纖接頭與CCU、PLC連接處易變形，造成通信故障頻發(fā)，直接影響機組的發(fā)電量及可利用率。

設計方案

因塑料光纖芯包塑料材料的吸收損耗和色散損耗造成了塑料光纖的衰減過大。在通信過程中，環(huán)境溫度對塑料光纖傳輸光信號性能有直接影響，塑料本身具有良好的延展性，因此在機組運行過程中，隨著動力電纜的扭轉，會導致塑料光纖的彎曲、拉伸，使其衰減程度增大，影響光信號傳輸。

經(jīng)過仔細查閱資料，市場調(diào)研，應用大孔徑（200um）多模玻璃光纖替代原塑料光纖，同時采用V-PIN接頭。該光纖傳輸距離遠，光信號衰減程度低，傳輸光信號能力更強，可同時傳輸50可見紅光及850不可見光，V-PIN接頭采用熱壓工藝，其抗溫性能強。用玻璃光纖替代塑料光纖能夠使得機組更加穩(wěn)定運行，其主要有以下特點：玻璃光纖在光信號傳輸過程沒有電磁泄漏，可避免線路與線路之間的信號的串擾；玻璃光纖的傳輸不受外界電磁輻射的影響，而且強度高，抗高溫、大氣侵蝕性能好；玻璃光纖數(shù)值孔徑大、光纖芯徑大、機械強度高、彎曲性能好，且很容易與光源耦合；玻璃光纖成本低，具有優(yōu)異的傳輸性能。

圖1 光纖對比圖

應用情況

自2016年開始，選取一臺歌美颯機組發(fā)生通信故障頻率最多的一臺風機進行替代優(yōu)化試驗，替代優(yōu)化后的玻璃材質(zhì)光纖滿足通信系統(tǒng)傳輸要求，運行狀態(tài)穩(wěn)定，通信故障發(fā)生頻次降低（約80%），提高了機組的可利用率，減少電量損失，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益明顯，同時提升了機組運行的可靠性。目前對通信故障發(fā)生頻率較高的12臺風機進行替代改造，運行狀態(tài)穩(wěn)定。

通信系統(tǒng)信號傳輸穩(wěn)定性直接影響風力發(fā)電機組運行安全，以早期歌美颯風機為例，通信故障不僅影響風機運行安全、同時對風機運行效率及經(jīng)濟效益產(chǎn)生一定影響。通過替代光纖及優(yōu)化光纖連接接頭，降低了故障發(fā)生頻率，對提高經(jīng)濟效益、降低人員勞動強度、保障機組安全穩(wěn)定運行效果明顯，今后將繼續(xù)應用于歌美颯風機通信故障發(fā)生頻率較高機組中。

（作者單位：寧夏銀星能源股份有限公司）