風力發(fā)電站周界與設備安全監(jiān)控解決方案

風力發(fā)電站(WindPower)一般簡稱風電站，屬綠色能源。通過傳動軸方式，將聳立于山坡或海邊的高空扇葉轉動的動能傳送至發(fā)電機使發(fā)電機轉動產生電能，再使用升壓變壓器將電壓升高傳送到較遠處的變電站，再由變電站進行降壓送到各用戶的方式稱為風力發(fā)電。

有哪些安全顧慮?

風力發(fā)電站通常設置在迎風面的海岸、近岸的淺海區(qū)域、內陸無人地帶迎風面的平地或丘陵地帶上，都是屬于人煙稀少環(huán)境惡劣的區(qū)域，容易因為人跡罕見而輕忽本身的安全警戒與維護，安防解決方案的設計上須考慮以下方面：

1、設備監(jiān)控與周界的入侵防范;

2、雷擊和鳥類干擾;

3、塔柱離岸建置的遙控與電力傳輸安全;

4、海上船只撞擊;

5、風力來源及風向的不穩(wěn)定及風力有間歇性的問題無法及時調整風機方向使發(fā)電更有效率。

這些問題里面最重要的是整個風力機塔站的設備運作及周界安全這二部分。

設備監(jiān)控解決方案

風力發(fā)電站設備部分非常復雜，風機依照結構及運轉技術可以有很多種類型。依風機旋轉軸的方向可分：與地面平行的水平軸式風機，這是常見的大型的風機，葉輪需隨風向變化而調整位置;葉片與地面垂直軸方式風機，設計較簡單，葉輪不必隨風向改變而調整方向。

此外還有依槳葉受力分成升力或阻力型風機;依葉片數量分為單葉片、雙葉片、三葉片或多葉片型。這些由成本、噪音、美學及發(fā)電效率、環(huán)境、空氣動力及設計的復雜因素來決定，因此在總體設備運作上的監(jiān)控也就有很多的項目，這些監(jiān)控項目結果及參數都必須通過傳輸系統(tǒng)送到電力站監(jiān)控室或發(fā)電廠的監(jiān)控室以作為運作監(jiān)控使用。

所有風力發(fā)電設備都必須要有遠程數據收集器：包含風力計、風向計、溫濕度計、電壓電流計表及油壓液位傳感器及馬達轉速計等傳感器，以及收集端RTU設備來對現場風機及發(fā)電機設備運行情況做準確監(jiān)控，收集目前運作數據及設備控制狀態(tài)，再將控制信號及信息通過網絡傳送到服務器，再服務器產生報表及狀態(tài)欄以做為操作人員直觀的監(jiān)控參考。

風力發(fā)電在主系統(tǒng)通過網絡及探測器進行電網參數檢測、目前風力及風向狀況、現場設備工作溫度數據及目前工作電壓及電流的穩(wěn)定情況，并對風力發(fā)電機組自動進行連、脫機控制，并監(jiān)控齒輪箱、發(fā)電機的運轉溫度是否過高，油壓液壓系統(tǒng)的壓力與液位是否正常，同時依照風力風向狀況進行轉向偏向及槳葉偏向俯仰角度等調整動作，獲取最佳風力轉動力源，進而提高風力發(fā)電機的發(fā)電效率與質量。

對于收集所得數據，如出現任何異常，設備監(jiān)控系統(tǒng)會自動進行告警警報功能，如遇緊急狀況系統(tǒng)必須有自動停機的遠程控制能力。確保風力發(fā)電機組可以完全安全可靠的運行。這些都是通過安裝于風力發(fā)電機組塔柱底部空間的機柜監(jiān)控設備來完成這些系統(tǒng)運行狀態(tài)控制與顯示，還有歷史數據查詢、故障查詢等功能。

風力發(fā)電設備監(jiān)控系統(tǒng)解決方案主要組成：網絡服務器采用分布式架構數據伺服，在設備監(jiān)控主服務器上作為發(fā)電機組設備監(jiān)測系統(tǒng);采用JAVA語言及SQL數據庫存儲各類數據，集成遠程控制、綜合數據查詢、風機故障分析等功能，支持多種類型通訊規(guī)則，并具有可擴展性和跨平臺型功能，設備監(jiān)控系統(tǒng)能支持多種通訊協(xié)議，支持通訊協(xié)議擴展;采分布式主從結構，支持雙Master或Master-slave方案，支持冷備份和熱備份，可靈活可靠的用戶權限配置，支持本地監(jiān)控和遠程監(jiān)控。

現場設備監(jiān)測項目包括風向、風速、溫度等風力氣候監(jiān)測，及發(fā)電機電壓、電流、功率調節(jié)機組等監(jiān)測;風力發(fā)電機監(jiān)測主要包括風力機電力調節(jié)機組監(jiān)測與風場氣候環(huán)境監(jiān)測。

風力發(fā)電調節(jié)機組監(jiān)測主要是為了確保運轉機組在設定的參數范圍內進行運轉，并維持發(fā)電效率;而風力場氣候監(jiān)測則用以監(jiān)測外在環(huán)境氣候影響因素，以保全風力發(fā)電機運轉無外力干擾，確保風力發(fā)電機組安全使用。

監(jiān)控系統(tǒng)要求外形簡潔容易操作，具備有IP67及NEMA5以上防水耐腐蝕及抗震性，能應付惡劣環(huán)境使用，并且系統(tǒng)穩(wěn)定低故障率。同時為迎合各種數據的不同探測收集器，RTU的接口必須豐富多元才能完整收集所有類型的數據，這樣才能順利的傳輸到后端監(jiān)控盤上，最后要能實現遠程管理和控制，如此才是風力發(fā)電站完整的設備監(jiān)控解決方案。監(jiān)控系統(tǒng)架構圖如圖所示。

風力發(fā)電站周界與設備安全監(jiān)控解決方案

避雷擊解決方案

由于風力發(fā)電機組都聳立在廣闊地帶，且其獨特的超高結構、外形、室外環(huán)境條件，使得風力發(fā)電站經常受到雷擊威脅。雷擊不但會使扇葉及輪機外轂外殼擊穿、表面損壞，還會導致電器設備燒毀。除了部分安裝避雷針設備外，目前的解決方案是安裝放電的防雷系統(tǒng)在輪轂和塔筒上的環(huán)形電極上，讓風機的輪轂的電極與扇葉的導雷電纜連接，也讓塔筒上的電極與導雷電纜做好連接，并安裝在輪轂的底部，環(huán)形電極保持一定的間隔距離，這樣可避免雷擊中輪轂時，對塔筒的電極造成撞擊而使轉動機組偏轉，同時若雷電直接擊中扇葉時，雷擊電流也會沿扇邊緣到葉尖，通過導雷電纜將大電流送到輪轂上的電極，因兩個電極間會存在電位差，通過二個電極形成電流通道，將電流通過電極釋放到大地，這是目前普遍采用的風力發(fā)電站避雷解決方案。

周界與影像監(jiān)控的布建

不管哪種環(huán)境下的風力發(fā)電站，所采用的攝像機必須采用具有PTZ功能且必須是防腐蝕抗鹽分的SS316不銹鋼材質，同時還有紅外線夜視照明及遠距離監(jiān)控能力，以防止有人入侵風電站周界范圍或塔筒底部機防的入口處;為完整管制整個風力發(fā)電站區(qū)域四周的周界狀況，必須采用抗腐蝕抗鹽分的不銹鋼圍籬加上光纖振動或多光束長距離AIR主動式紅外線探測系統(tǒng)，或以影像攝像機加上前端區(qū)域動態(tài)VCA智能偵測入侵周界行為;利用VCA智慧偵測，可以做到早期預警，事件處理，采證，利用前端攝像機去進行事件偵測，如塔筒機房火警檢測、周界入侵檢測、徘徊滯留等遠程監(jiān)視監(jiān)控。

風力發(fā)電站通常分為很多區(qū)塊，因此采用紅外線多光束周界偵測會比光纖傳輸方式經濟，也是最適合的方式。在周界部分的保護也可以采用不銹鋼拉力式周界阻絕設施，配合保安PTZ攝像機監(jiān)視系統(tǒng)做默認門位或柵欄開關偵測驅動攝像機畫面鎖定及連動警報畫面鎖定，也可以采用巡程(Pattern)監(jiān)視。塔統(tǒng)底部機房大門區(qū)配置門禁系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)，記錄進出機房的每一個臉部錄像及作業(yè)內容，此外針對進出周界區(qū)之人員、車輛執(zhí)行CCTV跟隨畫面追蹤鎖定，確保非授權者進入區(qū)域內造成破壞，以達雙重安全管制保障。

升壓變壓器及電力開關廠部分：變壓器區(qū)及一次電力傳輸的開關廠，通在會在風力機的塔筒底部機房及塔筒邊的區(qū)域，與其它類型發(fā)電廠同樣具有相同的感電、電弧放電及絕緣礙子和變壓器高溫爆炸等這些安全上的危險，因此變壓器的工作溫度還有散熱風扇運作、升壓電壓、電流量變化都要納入風力發(fā)電的影像監(jiān)控范圍內;開關廠部分，也屬于高壓電力危險區(qū)域，在此區(qū)域架設的PTZ高清監(jiān)視攝像機須考慮維修時過度接近電力設備時的電磁干擾問題，必須用嚴格的HD高清影像來管制門禁，以確實掌握進出人員身份。

未來安全監(jiān)控發(fā)展

由于大部分風電站都位處偏僻區(qū)域，監(jiān)控必須符合無人化、遠程化、高清化及網絡化的要求，但由于部分風電站處于海岸休憩區(qū)，風力發(fā)電站的安全保密及傳輸線路安全都變得非常重要，因此3G架構傳輸也變成是風力發(fā)電站在監(jiān)控及影像和數據實時傳輸的發(fā)展需求之一。

在整體解決方案上，目前以模擬為主加部分數字的混編架構方式為主。對于風力發(fā)電站的整體要求來說，遠距、實時是風力發(fā)電站運作首要條件。解決方案內容跟其他能源發(fā)電廠一樣必須做到將遠程的圖像監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)控、防盜、消防和報警聯(lián)網系統(tǒng)的統(tǒng)合并結合復雜的設備安全監(jiān)控系統(tǒng)，才能有效的預防事故發(fā)生、確保風力發(fā)電站運行安全。

隨著電力能源不足及風力發(fā)電站不斷發(fā)展，風力發(fā)電站安全監(jiān)控應用項目及解決方案也會不斷改良，朝風力發(fā)電站的安全監(jiān)視監(jiān)控整體化的集成系統(tǒng)發(fā)展，包含環(huán)境及設備監(jiān)控系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、報警系統(tǒng)的高智能化、自動化、一體化。