强台风作用下风电机组桨叶角度异常分析

杨兴旺　陈伟球

摘 要：我国海岸线广阔，沿海地区风力资源丰富。但台风经常登陆东南沿海，给风电机组的正常运行带来了极大威胁。文章以登陆广东省的最强台风“威马逊”为例，介绍了台风对广东粤电湛江徐闻洋前风电场机组桨叶角度造成的影响，对现场数据进行了整理，分析了桨叶角度异常原因，为今后风电场的设计和风电机组控制策略的制定提供了参考。

关键词：台风；风电机组；桨叶

1 概述

近几年来，台风的侵袭对我国东南沿海风电场造成了很大的损失，台风极值风速大、湍流强度大、风向变化快，直接影响到机组安全。本文结合湛江徐闻洋前风电场的台风实测数据，对台风过程中风电机组的各个状态进行了分析，并指出了桨叶角度异常的原因。

2 台风案例

广东粤电湛江徐闻洋前风电场安装有33台单机容量为1500千瓦的国产风力发电机组，总装机容量4.95万千瓦，于2009年开始并网发电。风机为明阳公司MY1.5MW风机，叶片长度为37.5m。采用SSB公司的变桨控制系统，系统安装在风力发电机组轮毂内，主要由一个变桨中央控制柜，三个轴控箱，三个电池箱和三个直流电机组成。

2014年7月18日15时30分，2014年第9号台风“威马逊”首先在海南省文昌市翁田镇沿海登陆，后来又于19时30分在广东省徐闻县龙塘镇登陆。“威马逊”登陆文昌、徐闻时达到超强台风级别，是1973年以来登陆华南的最强台风。此次超强台风登陆时最大风力17级，风速达60米/秒，破坏性极强，并且持续时间较长。此次台风对徐闻洋前风电场机组造成了一定的影响及损坏，其中在台风后现场人员对机组进行巡查时，发现2#机组有两个桨叶不在顺桨位置，如图1所示：

3 数据分析

3.1 各时段数据分析

表1是风电场的数据采集与状态监测系统记录下的2#机组在台风过程中各时段数据：

通过表1分析可知：

（1）7月18日13时02分（进入台风模式）-7月18日16时00分（线路失电，通讯中断）期间，桨叶2角度变化值相对较大，前后相差3.46度；

（2）7月18日16时00分（线路失电，通讯中断）-7月18日17时01分（线路得电，通讯正常）期间，桨叶2角度变化值相对较大，前后相差4.73度；

（3）7月18日17时01分（线路得电，通讯正常）-7月18日17时20分（线路失电，通讯中断）期间，桨叶2、3角度有较小的变化；

（4）7月18日17时20分（线路失电，通讯中断）-7月27日09时24分（轮毂通讯正常）期间，桨叶1角度基本没变化，但桨叶2、3角度变化明显，前后角度分别至少相差127.03度和154.94度。

3.2 进入台风模式到线路失电通讯中断数据分析

7月18日2#机组进入台风模式到线路失电通讯中断相关数据趋势图如图2所示。

通过图2分析可知：

（1）15点07分至15点57分左右，桨叶角度变化较为明显；

（2）15时14分10秒至15时14分50秒左右，桨叶角度设定值由90度变为85度然后又变回90度，桨叶1、2、3角度也随之变化，最终桨叶1、2、3角度分别为94.09度、91.21度、91.97度；

（3）15时35分10秒左右，桨叶2角度由90.63度变为85.81度，差值为4.82度，变桨角度设定值为90度，此时风速较大，达到50m/s；

（4）15时42分45秒至43分10秒左右，桨叶角度设定值由90度变为85度然后又变回90度，桨叶1角度由94.06度变为92.79度，差值为1.27度，桨叶2角度由85.09度变为98.93度，差值为13.82度，桨叶3角度无变化；

（5）15时45分45秒至46分10秒左右，桨叶角度设定值由90度变为85度然后又变回90度，桨叶1角度变化值不大，桨叶2角度由98.93度变为95.93度，差值为3度，桨叶3角度无变化。

3.3 得电到再次失电数据分析

台风过程中2#机组得电到再次失电相关数据曲线如图3所示：

通过图3曲线分析可知：

（1）桨叶1角度没有变化、桨叶2、3角度有较小的变化（<3度）；

（2）18日17点19分45秒，通讯中断，桨叶1、2、3角度分别为92.87度、90.63度和91.07度。

综合以上数据分析可知：

台风过程中，2#机组桨叶随着其位置的改变在不停的向顺桨位置进行调整，但最终机组失电，台风后桨叶2、3偏离顺桨位置。

3.4 现场情况

在台风到来之前，现场人员采取了以下策略来减少台风的损失：将风机桨叶紧急顺桨到91度，机组处于停机状态；偏航到机舱与正北夹角位置为180度，使桨叶最小面受力；叶片处于空气制动状态，通过程序控制释放主轴刹车和系统压力，同时保证偏航刹车的压力。

在台风经过之后，检修人员在现场对2#机组进行检查时发现以下状况：

（1）桨叶1在设定的90度位置；桨叶2在200度左右位置；桨叶3在-60度左右位置，与机组通讯恢复后的数据基本一致。

（2）桨叶2、3变桨电池供电接触器KM1已经烧毁，桨叶2、3变桨电池容量为额定值的50%左右。

（3）采用力矩扳手对桨叶1、2、3变桨电机刹车力矩进行校核，其值为分别为51N·m、49N·m、53N·m，超过48N·m的设计值，故桨叶制动力矩符合设计要求。

4 原因分析

结合台风经过时2#风电机组数据以及现场状况对桨叶位置异常原因分析：台风过程中2#机组桨叶由于受到大风的冲击，为了防止出现飞车，变桨系统需要在桨叶角度发生变化时不断将桨叶角度调整到目标值90度的顺桨位置。但在机组失电的情况下，变桨系统需要变桨备用电池对其供电，才能完成对桨叶位置的调整，在桨叶不断进行调整的过程中备用电池电量耗尽，因此桨叶不再受控，造成2#机组桨叶2、3角度台风过后不在顺桨位置。

5 结束语

通过对台风登陆后，风电机组监测数据和事故现场情况的分析研究，可得到以下结论：

（1）在台风危害的多发区，电气系统的设计要充分考虑风机在防台状态下的场用电的供电可靠性问题。当风电场电网接入系统在受到强台风冲击故障跳闸后，风电场可考虑配备后备的柴油发动机保安电源保证风机还能正常偏航及变桨。

（2）变桨系统的备用电池是极其必要的，可增加备用电池容量，确保变桨系统在台风持续过程中，失去電网电源的情况下，有足够的电能来保持桨叶顺桨。

本文对台风“威马逊”登陆广东以后，湛江徐闻洋前风电场风电机组桨叶角度异常情况进行了介绍，对其角度异常进行了分析，得到了台风引起桨叶角度异常的具体原因，为今后风力发电机组桨叶及变桨系统的设计提供了参考。

参考文献

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