一、概述
目前，風力發電被稱為明日世界的能源。由于它屬于可再生能源，為人與自然和諧發展提供了基礎。而且不像火電、核電、水電會造成環境問題，所以符合社會可持續發展對能源的要求。所以，風力發電已在我國達到了舉足輕重的地位。
風力發電是借助風能動力來發電的。為了有效利用風能，通常風力發電機位于周圍開闊的疾風區，隨著風力發電機組的單機容量越來越大，為了吸收更多風能，風機的高度必須隨著葉片直徑增加而不斷升高，由于其高度遠高于周圍的地形地物，再加上風力發電機安裝地點土壤電阻率通常較高，非常容易遭受雷擊。可以說雷擊已成為自然界中對風力發電機組安全運行危害最大的自然災害，因此，加強風力發電機組件防雷是極為重要的。
1.風力發電機的功能構成簡介
風力發電機在設計中有不同的版本,例如有三漿葉、兩漿葉、甚至單漿葉的,對于國內現有的MW級的風力發電機,大多是三漿葉的水平軸風力發電機。主要由以下幾部分構成:
機艙:機艙包容著風力發電機的關鍵設備,包括齒輪箱、發電機。維護人員可以通過風力發電機塔進入機艙。機艙左端是風力發電機轉子,即轉子葉片及軸。
轉子葉片:捉獲風,并將風力傳送到轉子軸心。現代600千瓦風力發電機上,每個轉子葉片的測量長度大約為20米,而且被設計得很象飛機的機翼。
軸心:轉子軸心附著在風力發電機的低速軸上。
低速軸:風力發電機的低速軸將轉子軸心與齒輪箱連接在一起。在現代600千瓦風力發電機上,轉子轉速相當慢,大約為19至30轉每分鐘。軸中有用于液壓系統的導管,來激發空氣動力閘的運行。
齒輪箱:齒輪箱左邊是低速軸,它可以將高速軸的轉速提高至低速軸的50倍。
高速軸及其機械閘:高速軸以1500轉每分鐘運轉,并驅動發電機。它裝備有緊急機械閘,用于空氣動力閘失效時,或風力發電機被維修時。
發電機:通常被稱為感應電機或異步發電機。在現代風力發電機上,最大電力輸出通常為500至1500千瓦。
偏航裝置:借助電動機轉動機艙,以使轉子正對著風。偏航裝置由電子控制器操作,電子控制器可以通過風向標來感覺風向。通常,在風改變其方向時,風力發電機一次只會偏轉幾度。
電子控制器:包含一臺不斷監控風力發電機狀態的計算機,并控制偏航裝置。為防止任何故障(即齒輪箱或發電機的過熱),該控制器可以自動停止風力發電機的轉動,并通過電話調制解調器來呼叫風力發電機操作員。
液壓系統:用于重置風力發電機的空氣動力閘。
冷卻元件:包含一個風扇,用于冷卻發電機。此外,它包含一個油冷卻元件,用于冷卻齒輪箱內的油。一些風力發電機具有水冷發電機。
變壓器:對輸出的電能進行變壓,以便傳輸和組網
在機艙外殼有的風力機上安裝有氣象探測設備,還有避雷短針對探測設備進行防護。
2. 風力機接地及等電位連接
接地系統能夠泄散和導走高頻和高能量的雷電流入地,防止風力發電機受到損壞,此外還能保護人員和牲畜免于受到電擊,因此為風力發電機建立一個有效的接地系統是十分重要的。塔基接地網:可用40mm × 4mm扁鋼沿塔基外圍敷設環形水平接地體,同時打入準25的圓鋼作為垂直接地體,垂直接地體敷設的間距一般為接地體長度的2倍,并將垂直接地體與水平接地體相連接共同組成接地網。塔身周邊每隔120度與接地網連接同時將塔身與塔基混凝土內的鋼筋連接。
各部件之間的等電位連接:
①每臺風力機都有一個獨立的變壓器,將變壓器高壓側和低壓側的接地端子排相互連接,高壓側的接地端子排為三相線的中性線端子排,變壓器高壓側的中性線端子最終連接到變壓器一次側的接地母排上,低壓側端子排可使用絕緣支架安裝在變壓器外殼上,但應將端子排與變壓器外殼相連接,或者去掉絕緣支架直接安裝在變壓器外殼上。
②底端控制箱位于塔身內,用外層絕緣的等電位連接線從控制箱外殼的頂端就近連接到塔身上。
③塔頂的控制箱內為可變間距控制器(VPC)也可以稱作為偏航裝置控制器,VPC內的接地端子排與塔底端的控制箱內的接地端子排用下拉導線相連接。
④VPC箱體經短、直的等電位連接帶跨過絕緣支架(起到隔振作用)與變速箱相連接。
⑤變壓器二次側接地排與底端控制箱接地線排相連接。
⑥發電機接地經發電機接線箱和塔的中間部位用向下耷拉的導線連接。
⑦方艙上方的接閃器固定在方艙表面,位于發電機尾部附近,其引下線用下拉導線與塔中間部位連接,由于接閃器與發電機距離很近,為防止雷擊時反擊,應將發電機機艙與避雷針支架就近點相連接。
二、設計依據及相關標準：
（1）《風力發電機組雷電防護系統技術規范（NB/T31039-2012）
（2）《風力發電機組接地技術規范》（NB/T 31056-2014）
（3）《HZ2000風力發電機組國華蘇步井風場機組防雷優化方案》
（4）《風機、箱變聯合接地裝置特性參數測量導則》 DL/T475-2006
（5）《電氣裝置安裝工程施工及驗收規范》 GB50168-2006
（6）《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》 DL/T 620-1997
（7）《交流電氣裝置的風機、箱變聯合接地》DL/T621-1997
（8）《風力渦輪發電機系統–雷電防護》IEC TR 61400-24
三、技術規范：
3.1增加機艙罩銅帶與機架的連接點（新增兩個接地點）：
（1）風電場風機機艙罩接地銅帶網如下圖所示，一共七處對接位置，其中上下瓣體對接 6 處，機艙罩前端 1 處安裝于機架上。
2）將機艙罩中部上下殼體露出的機艙罩銅編織帶連接點螺栓拆卸（拆卸時保存好螺栓組件），具體如下圖所示：
（3）使用2根3.4m長且兩端帶銅端子的1G70電纜，分別將2個銅帶一端固定在機架上，機架上的連接點需新鉆大小φ12的通孔2個，電纜安裝前打磨干凈孔附近30mm 區油漆，1G70線纜連接緊固后做扭力標識，噴冷鋅噴劑；將2根電纜另外一端分別與機艙罩銅帶（拆卸處）對接，用原螺栓將機艙罩頂蓋銅帶、機艙罩下半體銅帶及1G70電纜固定在一起，螺栓緊固后做扭力標識，同時用黑色熱縮管吹縮連接處。
（4）安裝完成后測試機艙罩銅帶連接處與機架間電阻小于240mΩ。
3.2修改機艙罩尾部氣象站1G70 引下線連接位置（增加兩根 1G70 電纜）：
(1) 將機艙罩尾部氣象站左右兩側1G70接地電纜拆下，用原螺栓組件將機艙罩頂蓋銅帶、機艙罩下半體銅帶連接在一起，螺栓緊固后做扭力標識后吹黑色熱縮管，如下圖所示：
（2）將2根6米1G70電纜一端與氣象站接地螺栓連接（原安裝接地銅帶螺栓），連接前打磨螺栓周圍油漆（氣象站支撐底板螺栓孔周圍油漆），螺栓緊固后做扭力標識，螺栓周圍噴冷鋅噴劑。
（3）在機艙罩隔板（左右兩側）上各配鉆1個Φ30通孔（共2個），如圖所示。
（4）在機艙頂蓋尾部（左右兩側）加強筋側面上各安裝8個AD21.2固定架，均勻布置。如圖 5 所示。
（5）1G70電纜過機艙罩隔板處，用10mm長的SCM-07熱縮管包裹電纜，并用熱風槍吹縮熱縮管。
（6）1G70電纜穿過機艙罩隔板后，沿著加強筋上的AD21.2固定架布置，用CV300扎帶將電纜固定在固定架上，如圖 6 所示。
(6) 在下圖位置處配鉆Φ12通孔，螺栓孔周圍Φ30mm油漆打磨干凈，將對接后的1G70電纜沿機艙罩加強筋布置，用M10*45的螺栓將銅帶固定在機架上，螺栓緊固后做紅色扭力標識，噴冷鋅噴劑。現場可根據電纜的實際長度，調整機架上的接地孔位。
（7）電纜安裝完成后，用密封膠密封機艙罩隔板上的1G70電纜穿線孔位置，隔板的兩面都需密封。
3.3 機艙等電位連接點接地線改造（更改原 PE 電纜機艙連接點）：
（1）在機架位置（下圖所示）鉆Φ12通孔，打磨干凈螺栓孔周圍Φ30mm 的油漆。
（2）將原有的變流器網側接地排至塔基的PE線在距離變流器端2米處剪斷，斷口兩端分別壓接HZ240-12型電纜接頭，并用黃綠雙色熱縮管熱縮壓接位置。然后用M10*45的螺栓將壓接好的電纜接頭固定在機架上，緊固螺栓后做紅色扭力標識， 噴冷鋅噴劑。 現場可根據電纜的實際長度， 調整機架上的接地孔位。接地點將兩個接地線對接連接好。
四、設備維護檢修
一、設備維護檢修計劃是從保證安全生產出發,對公司維護檢修任務的統籌預安排。檢修計劃中,要根據不同設備情況確定維護檢修方式、維護檢修內容、維護檢修工作量、維護檢修間隔期和維護檢修時間。設備檢修計劃從時間上劃分,有年度維護檢修計劃、半年維護檢修計劃和月度維護檢修計劃。
4.1檢修標準項目的主要內容:
1.廠家要求的項目。
2.進行較全面的檢查、清掃、測量和修理。
3.進行定期監測、試驗、校驗和鑒定。
4.更換已到期的需要定期更換的零部件。
5.技術監督規定進行的一般性檢查工作。
6.更改項目、安措反措、節能措施等。
7.設備消缺。
8.消除運行中發生的缺陷。
9.重點清掃、檢查和處理易損、易磨部件,必要時進行實測和試驗。
10.機組輔助設備的檢修。
4.2施工管理
4.2.1維護檢修施工管理是設備全過程管理的重要組成部分,涵蓋了從檢修準備工作至竣工、投運的全過程。各單位應精心做好檢修施工管理工作,以達到預期的檢修效果和質量目標。
4.2.2維護檢修應嚴格按進度計劃控制,各單位宜采用進度表的方法來管理檢修的進度。
4.2.3維護檢修的準備工作、施工組織、質量管理、基本目標應嚴格執行風力發電,場檢修規程(DL/T797-2001)
4.3檢修質量管理
4.3.1必須認真做好設備檢修的質量管理工作,認真執行1S09000系列質量管理標準。在嚴格驗收基礎上,特別應加強檢修過程中的質量管理。
4.3.2質量管理是檢修管理工作的中心。應建立健全三級質量監督和保證體系(包括人員、組織、資格保證、監督檢查制度、管理方法等),即班組、各專業、場部的三級體系。在檢修的全過程以及各個階段,按照“質量管理環” (計劃-實施檢查--處理)的要求,不斷循環反復,提高質量水平。
（1）檢修人員對作業質量及測量的數據準確性負責,要堅持仔細檢查,認真測量,精心修理,保證檢修質量。上一道工序要為下一道工序服務,上一道工序質量不合格,下一道工序有權拒絕接受。對影響質量、控制進度及整個工程的關鍵項目,生產部門領導和工程技術人員應直接掌握,逐日分析完成情況,并采取必要措施,保證其質量。
（2）技術監督是保證設備檢修質量的一個重要手段。專業監督人員要經常深入現場檢查項目執行情況,查設備情況,查質量驗收情況,并根據檢測結果及時擬定出專業技術監督的要求(計劃、取樣及檢查部位、時間及質量要求),并會同各專業、班組有關人員對測試檢驗結果做判斷,提出要求及建議,經生產負責人批準后由各專責具體落實。
(3)質量管理的關鍵是嚴格工藝要求,抓好班組、各專業、場部三級驗收。
(4)大修后的總體驗收及整組試運行應由公司生產負責人主持,指定有關人員參加。根據質量檢驗、分部運轉及現場檢查結果,決定起動、整體試運行和報竣工時間。
(5)檢修結束后,運行維護部應對檢修質量、效益做出測試及評價,并闡明是否達到預計目的、尚存在的問題及擬采取的措施。
4.3.3大修及更新改造工程中,確因工作難度大、專業性強或技術復雜等由外包單位進行施工的,其外包項目的質量監督和檢查驗收由本企業負責, 各專業有關質量監督和保證的責任應在訂立合同同時列入條款中。
4.4檢修總結
4.4.1總結包括:已完成的檢修項目、未完成項目的進度、效果評價、費用、全風電場機組的健康狀況、好的經驗、存在的問題、建議等。
4.4.2在檢修后,應對所檢修設備運行狀態進行跟蹤,并對設備發生的問題、原因進行分析,同時對設備日常維護工作提出建議,總結經驗教訓。
4.4.3檢修中發現重大設備問題,要立即向公司匯報并制定解決方案。
4.4.4應對檢修中消耗的設備及材料進行分析,并對備品配件定額進行修訂。
4.4.5維護檢修資料應整理歸檔。
4.5檢修費用管理
4.5.1要加強檢修費用的管理,公司應對各單位檢修費用使用情況進行監督檢查。
4.5.2應嚴格控制檢修費用使用額度,制定相應管理制度和考核辦法,嚴格考核。提高檢修費用的使用效益,禁止在設備材料采購過程中加價,確保檢修費用不超支。
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