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    风力发电接地及等电位连接维修方案设计

    发布时间:2021-05-21  

    一、概述

    目前,风力发电被称为明日世界的能源。由于它属于可再生能源,为人与自然和谐发展提供了基础。而且不像火电、核电、水电会造成环境问题,所以符合社会可持续发展对能源的要求。所以,风力发电已在我国达到了举足轻重的地位。

    风力发电是借助风能动力来发电的。为了有效利用风能,通常风力发电机位于周围开阔的疾风区,随着风力发电机组的单机容量越来越大,为了吸收更多风能,风机的高度必须随着叶片直径增加而不断升高,由于其高度远高于周围的地形地物,再加上风力发电机安装地点土壤电阻率通常较高,非常容易遭受雷击。可以说雷击已成为自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的自然灾害,因此,加强风力发电机组件防雷是极为重要的

    1.风力发电机的功能构成简介

    风力发电机在设计中有不同的版本,例如有三浆叶、两浆叶、甚至单浆叶的,对于国内现有的MW级的风力发电机,大多是三浆叶的水平轴风力发电机。主要由以下几部分构成:

    机舱:机舱包容着风力发电机的关键设备,包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风力发电机塔进入机舱。机舱左端是风力发电机转子,即转子叶片及轴。

    转子叶片:捉获风,并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风力发电机上,每个转子叶片的测量长度大约为20米,而且被设计得很象飞机的机翼。

    轴心:转子轴心附着在风力发电机的低速轴上。

    低速轴:风力发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风力发电机上,转子转速相当慢,大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管,来激发空气动力闸的运行。

    齿轮箱:齿轮箱左边是低速轴,它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。

    高速轴及其机械闸:高速轴以1500转每分钟运转,并驱动发电机。它装备有紧急机械闸,用于空气动力闸失效时,或风力发电机被维修时。

    发电机:通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风力发电机上,最大电力输出通常为500至1500千瓦。

    偏航装置:借助电动机转动机舱,以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作,电子控制器可以通过风向标来感觉风向。通常,在风改变其方向时,风力发电机一次只会偏转几度。

    电子控制器:包含一台不断监控风力发电机状态的计算机,并控制偏航装置。为防止任何故障(即齿轮箱或发电机的过热),该控制器可以自动停止风力发电机的转动,并通过电话调制解调器来呼叫风力发电机操作员。

    液压系统:用于重置风力发电机的空气动力闸。

    冷却元件:包含一个风扇,用于冷却发电机。此外,它包含一个油冷却元件,用于冷却齿轮箱内的油。一些风力发电机具有水冷发电机。

    变压器:对输出的电能进行变压,以便传输和组网

    在机舱外壳有的风力机上安装有气象探测设备,还有避雷短针对探测设备进行防护。

    2. 风力机接地及等电位连接

    接地系统能够泄散和导走高频和高能量的雷电流入地,防止风力发电机受到损坏,此外还能保护人员和牲畜免于受到电击,因此为风力发电机建立一个有效的接地系统是十分重要的。塔基接地网:可用40mm × 4mm扁钢沿塔基外围敷设环形水平接地体,同时打入准25的圆钢作为垂直接地体,垂直接地体敷设的间距一般为接地体长度的2倍,并将垂直接地体与水平接地体相连接共同组成接地网。塔身周边每隔120度与接地网连接同时将塔身与塔基混凝土内的钢筋连接。

    各部件之间的等电位连接:

    ①每台风力机都有一个独立的变压器,将变压器高压侧和低压侧的接地端子排相互连接,高压侧的接地端子排为三相线的中性线端子排,变压器高压侧的中性线端子最终连接到变压器一次侧的接地母排上,低压侧端子排可使用绝缘支架安装在变压器外壳上,但应将端子排与变压器外壳相连接,或者去掉绝缘支架直接安装在变压器外壳上。

    ②底端控制箱位于塔身内,用外层绝缘的等电位连接线从控制箱外壳的顶端就近连接到塔身上。

    ③塔顶的控制箱内为可变间距控制器(VPC)也可以称作为偏航装置控制器,VPC内的接地端子排与塔底端的控制箱内的接地端子排用下拉导线相连接。

    ④VPC箱体经短、直的等电位连接带跨过绝缘支架(起到隔振作用)与变速箱相连接。

    ⑤变压器二次侧接地排与底端控制箱接地线排相连接。

    ⑥发电机接地经发电机接线箱和塔的中间部位用向下耷拉的导线连接。

    ⑦方舱上方的接闪器固定在方舱表面,位于发电机尾部附近,其引下线用下拉导线与塔中间部位连接,由于接闪器与发电机距离很近,为防止雷击时反击,应将发电机机舱与避雷针支架就近点相连接。

    二、设计依据及相关标准

    1)《风力发电机组雷电防护系统技术规范(NB/T31039-2012)

    2)《风力发电机组接地技术规范》(NB/T 31056-2014)

    3)《HZ2000风力发电机组国华苏步井风场机组防雷优化方案》

    4)《风机、箱变联合接地装置特性参数测量导则》 DL/T475-2006

    5)《电气装置安装工程施工及验收规范》 GB50168-2006

    6)《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 DL/T 620-1997

    7)《交流电气装置的风机、箱变联合接地》DL/T621-1997

    8)《风力涡轮发电机系统–雷电防护》IEC TR 61400-24

    三、技术规范:

    3.1增加机舱罩铜带与机架的连接点(新增两个接地点): 

    1)风电场风机机舱罩接地铜带网如下图所示,一共七处对接位置,其中上下瓣体对接 6 处,机舱罩前端 1 处安装于机架上。


     

    2将机舱罩中部上下壳体露出的机舱罩铜编织带连接点螺栓拆卸(拆卸时保存好螺栓组件,具体如下图所示:

     

    3使用2根3.4m长且两端带铜端子的1G70电缆,分别将2个铜带一端固定在机架上,机架上的连接点需新钻大小φ12的通孔2个,电缆安装前打磨干净孔附近30mm 区油漆,1G70线缆连接紧固后做扭力标识,喷冷锌喷剂;将2根电缆另外一端分别与机舱罩铜带(拆卸处)对接,用原螺栓将机舱罩顶盖铜带、机舱罩下半体铜带及1G70电缆固定在一起,螺栓紧固后做扭力标识,同时用黑色热缩管吹缩连接处。

    4安装完成后测试机舱罩铜带连接处与机架间电阻小于240

     

    3.2修改机舱罩尾部气象站1G70 引下线连接位置增加两根 1G70 电缆):

    (1) 将机舱罩尾部气象站左右1G70接地电缆拆下,用原螺栓组件将机舱罩顶盖铜带、机舱罩下半体铜带连接在一起,螺栓紧固后做扭力标识后吹黑色热缩管,如下图所示:

     

    2)将2根6米1G70电缆一端与气象站接地螺栓连接(原安装接地铜带螺栓),连接前打磨螺栓周围油漆(气象站支撑底板螺栓孔周围油漆),螺栓紧固后做扭力标识,螺栓周围喷冷锌喷剂。

    3在机舱罩隔板(左右两侧)上各配钻1Φ30通孔2个,如图所示。

    4)在机舱顶盖尾部(左右两侧)加强筋侧面上各安装8个AD21.2固定架,均匀布置。如图 5 所示。

    51G70电缆过机舱罩隔板处10mm长的SCM-07热缩管包裹电缆,并用热风枪吹缩热缩管。

    61G70电缆穿过机舱罩隔板后,沿着加强筋上的AD21.2固定架布置,用CV300扎带将电缆固定在固定架上,如图 6 所示。

     

    (6) 在下图位置处配钻Φ12通孔,螺栓孔周围Φ30mm油漆打磨干净,将对接后的1G70电缆沿机舱罩加强筋布置,用M10*45的螺栓将铜带固定在机架上,螺栓紧固后做红色扭力标识,喷冷锌喷剂。现场可根据电缆的实际长度,调整机架上的接地孔位。

     

    (7)电缆安装完成后,用密封胶密封机舱罩隔板上的1G70电缆穿线孔位置,隔板的两面都需密封。

    3.3 机舱等电位连接点接地线改造(更改原 PE 电缆机舱连接点):

    1)在机架位置下图所示)Φ12通孔,打磨干净螺栓孔周围Φ30mm 油漆。

     

     

    2将原有的变流器网侧接地排至塔基的PE线在距离变流器端2米处剪断,断口两端分别压接HZ240-12型电缆接头,并用黄绿双色热缩管热缩压接位置。然后M10*45的螺栓将压接好的电缆接头固定在机架上,紧固螺栓后做红色扭力标识, 喷冷锌喷剂。 现场可根据电缆的实际长度, 调整机架上的接地孔位。接地点将两个接地线对接连接好。

    四、设备维护检修

    一、设备维护检修计划是从保证安全生产出发,对公司维护检修任务的统筹预安排。检修计划中,要根据不同设备情况确定维护检修方式、维护检修内容、维护检修工作量、维护检修间隔期和维护检修时间。设备检修计划从时间上划分,有年度维护检修计划、半年维护检修计划和月度维护检修计划。

    4.1检修标准项目的主要内容:

    1.厂家要求的项目。

    2.进行较全面的检查、清扫、测量和修理。

    3.进行定期监测、试验、校验和鉴定。

    4.更换已到期的需要定期更换的零部件。

    5.技术监督规定进行的一般性检查工作。

    6.更改项目、安措反措、节能措施等。

    7.设备消缺。

    8.消除运行中发生的缺陷。

    9.重点清扫、检查和处理易损、易磨部件,必要时进行实测和试验。

    10.机组辅助设备的检修。

    4.2施工管理

    4.2.1维护检修施工管理是设备全过程管理的重要组成部分,涵盖了从检修准备工作至竣工、投运的全过程。各单位应精心做好检修施工管理工作,以达到预期的检修效果和质量目标。

    4.2.2维护检修应严格按进度计划控制,各单位宜采用进度表的方法来管理检修的进度。

    4.2.3维护检修的准备工作、施工组织、质量管理、基本目标应严格执行风力发电,场检修规程(DL/T797-2001)

    4.3检修质量管理

    4.3.1必须认真做好设备检修的质量管理工作,认真执行1S09000系列质量管理标准。在严格验收基础上,特别应加强检修过程中的质量管理。

    4.3.2质量管理是检修管理工作的中心。应建立健全三级质量监督和保证体系(包括人员、组织、资格保证、监督检查制度、管理方法等),即班组、各专业、场部的三级体系。在检修的全过程以及各个阶段,按照“质量管理环” (计划-实施检查--处理)的要求,不断循环反复,提高质量水平。

    1)检修人员对作业质量及测量的数据准确性负责,要坚持仔细检查,认真测量,精心修理,保证检修质量。上一道工序要为下一道工序服务,上一道工序质量不合格,下一道工序有权拒绝接受。对影响质量、控制进度及整个工程的关键项目,生产部门领导和工程技术人员应直接掌握,逐日分析完成情况,并采取必要措施,保证其质量。

    2)技术监督是保证设备检修质量的一个重要手段。专业监督人员要经常深入现场检查项目执行情况,查设备情况,查质量验收情况,并根据检测结果及时拟定出专业技术监督的要求(计划、取样及检查部位、时间及质量要求),并会同各专业、班组有关人员对测试检验结果做判断,提出要求及建议,经生产负责人批准后由各专责具体落实。

    (3)质量管理的关键是严格工艺要求,抓好班组、各专业、场部三级验收。

    (4)大修后的总体验收及整组试运行应由公司生产负责人主持,指定有关人员参加。根据质量检验、分部运转及现场检查结果,决定起动、整体试运行和报竣工时间。

    (5)检修结束后,运行维护部应对检修质量、效益做出测试及评价,并阐明是否达到预计目的、尚存在的问题及拟采取的措施。

    4.3.3大修及更新改造工程中,确因工作难度大、专业性强或技术复杂等由外包单位进行施工的,其外包项目的质量监督和检查验收由本企业负责, 各专业有关质量监督和保证的责任应在订立合同同时列入条款中。

    4.4检修总结

    4.4.1总结包括:已完成的检修项目、未完成项目的进度、效果评价、费用、全风电场机组的健康状况、好的经验、存在的问题、建议等。

    4.4.2在检修后,应对所检修设备运行状态进行跟踪,并对设备发生的问题、原因进行分析,同时对设备日常维护工作提出建议,总结经验教训。

    4.4.3检修中发现重大设备问题,要立即向公司汇报并制定解决方案。

    4.4.4应对检修中消耗的设备及材料进行分析,并对备品配件定额进行修订。

    4.4.5维护检修资料应整理归档。

    4.5检修费用管理

    4.5.1要加强检修费用的管理,公司应对各单位检修费用使用情况进行监督检查。

    4.5.2应严格控制检修费用使用额度,制定相应管理制度和考核办法,严格考核。提高检修费用的使用效益,禁止在设备材料采购过程中加价,确保检修费用不超支。

     

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