風力發(fā)電站周界與設(shè)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(zhuǎn)動的動能傳送至發(fā)電機使發(fā)電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)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(shè)置在迎風面的海岸、近岸的淺海區(qū)域、內(nèi)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(shè)計上須考慮以下方面：

1、設(shè)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(diào)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(shè)備運作及周界安全這二部分。

設(shè)備監(jiān)控解決方案

風力發(fā)電站設(shè)備部分非常復雜，風機依照結(jié)構(gòu)及運轉(zhuǎn)技術(shù)可以有很多種類型。依風機旋轉(zhuǎn)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(diào)整位置;葉片與地面垂直軸方式風機，設(shè)計較簡單，葉輪不必隨風向改變而調(diào)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(shù)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(shè)計的復雜因素來決定，因此在總體設(shè)備運作上的監(jiān)控也就有很多的項目，這些監(jiān)控項目結(jié)果及參數(shù)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(shè)備都必須要有遠程數(shù)據(jù)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(zhuǎn)速計等傳感器，以及收集端RTU設(shè)備來對現(xiàn)場風機及發(fā)電機設(shè)備運行情況做準確監(jiān)控，收集目前運作數(shù)據(jù)及設(shè)備控制狀態(tài)，再將控制信號及信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器，再服務(wù)器產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)及探測器進行電網(wǎng)參數(shù)檢測、目前風力及風向狀況、現(xiàn)場設(shè)備工作溫度數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向偏向及槳葉偏向俯仰角度等調(diào)整動作，獲取最佳風力轉(zhuǎn)動力源，進而提高風力發(fā)電機的發(fā)電效率與質(zhì)量。

對于收集所得數(shù)據(jù)，如出現(xiàn)任何異常，設(shè)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(shè)備來完成這些系統(tǒng)運行狀態(tài)控制與顯示，還有歷史數(shù)據(jù)查詢、故障查詢等功能。

風力發(fā)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)解決方案主要組成：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器采用分布式架構(gòu)數(shù)據(jù)伺服，在設(shè)備監(jiān)控主服務(wù)器上作為發(fā)電機組設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng);采用JAVA語言及SQL數(shù)據(jù)庫存儲各類數(shù)據(jù)，集成遠程控制、綜合數(shù)據(jù)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(shè)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(jié)構(gòu)，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(quán)限配置，支持本地監(jiān)控和遠程監(jiān)控。

現(xiàn)場設(shè)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(diào)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(diào)節(jié)機組監(jiān)測與風場氣候環(huán)境監(jiān)測。

風力發(fā)電調(diào)節(jié)機組監(jiān)測主要是為了確保運轉(zhuǎn)機組在設(shè)定的參數(shù)范圍內(nèi)進行運轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(yīng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，這樣才能順利的傳輸?shù)胶蠖吮O(jiān)控盤上，最后要能實現(xiàn)遠程管理和控制，如此才是風力發(fā)電站完整的設(shè)備監(jiān)控解決方案。監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖所示。

風力發(fā)電站周界與設(shè)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(jié)構(gòu)、外形、室外環(huán)境條件，使得風力發(fā)電站經(jīng)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(shè)備燒毀。除了部分安裝避雷針設(shè)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(zhuǎn)動機組偏轉(zhuǎn)，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(zhì)，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(jīng)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(shè)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(guān)偵測驅(qū)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(nèi)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(quán)者進入?yún)^(qū)域內(nèi)造成破壞，以達雙重安全管制保障。

升壓變壓器及電力開關(guān)廠部分：變壓器區(qū)及一次電力傳輸?shù)拈_關(guān)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(nèi);開關(guān)廠部分，也屬于高壓電力危險區(qū)域，在此區(qū)域架設(shè)的PTZ高清監(jiān)視攝像機須考慮維修時過度接近電力設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(gòu)傳輸也變成是風力發(fā)電站在監(jiān)控及影像和數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)陌l(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(shù)字的混編架構(gòu)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(nèi)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(wǎng)系統(tǒng)的統(tǒng)合并結(jié)合復雜的設(shè)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(yīng)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(shè)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。