风电机组机舱环境过滤系统研究

吴佳阔，高 阳，钟宏宇，孙铭悦，刘 凡，马 超，毛 志

（1.沈阳工程学院电力学院，辽宁 沈阳 110136；2.国网通化供电公司，吉林 通化 134001）

1 机舱过滤系统设计方案

由于风电场所处环境恶劣，杨絮、柳絮、夏季高温等多种因素导致风力机机舱、齿轮箱散热片受到污染，灰尘堵塞冷却系统进气口，使齿轮箱热交换器性能下降，导致风力机限功率运行甚至停机。因此，对机舱内加装过滤装置，其系统结构如图1所示。

1-网托；2-支架板；3-过滤网；4-主传动辊；5-传动链轮机构；6-放网辊；7-涨力调节机构；8-卷网手轮；9-被动辊；10-被动轮；11-步进电机

2 过滤网材料的选择

表1比较了4种较常用的过滤材料的性能特点。

表1 4种较常用的过滤材料其性能特点

对这4种材料进行通风流量试验，得到风力机频率与风量的关系曲线如图2所示。随着风机频率的上升，每种滤网的流量呈上升趋势；聚酯纤维过滤网的流量在每个风机频率下都大于其他滤料的流量，可以看出聚酯纤维过滤网在同频率的条件下透气率最大。

图2 4种滤料流量变化

通过上述分析结果可知，过滤网材料可采用聚丙烯纤维，并且聚丙烯长纤维过滤网具有良好的过滤性能，较小的孔径，相对成本较低，可减轻风机检修人员的任务量。

3 过滤控制系统

现代工程应用中许多机电产品大多采用51单片机或者PLC完成对相关装置的自动控制。基于嵌入式系统的开发，可以很好地实现控制装置的自动化，系统结构精简，性能稳定可靠。控制部分的设计考虑到电路设计应该简明、减少成本，决定采用51单片机作为控制基础，实现对过滤系统的控制。图3为步进电机驱动的控制原理。

图3 控制原理

控制芯片选择大功率电机驱动芯片，电流可达到2 A。更换过滤网时需控制步进电机的速度，采用PWM调速。单片机的供电电源采用XY-309稳压变压器，将220 V转为5 V。过滤系统电机转动平稳，可以先后分别按顺时针和逆时针的方向转动90°，转动角度的误差在允许范围内，继电器能实现开关功能。

用Keil u Vision4软件编写程序，使用C语言编程，以STC－ISPV391作为程序编写的工具，将在Keil u Vision4里编译好的程序（HEX格式）编写到51单片机中。软件编程的核心部分：

1）实现对步进电机的控制；

2）依据温度的变化，实现电机的自动旋转（温度可以进行设置）；

3）步进电机实现对过滤网的精准控制（长度可以进行人为设置）；

4）实现对过滤网的监测（当过滤网已经使用完毕时，步进电机不能再次进行操作）；

5）具有报警功能，过滤网使用完毕后，提醒工作人员更换。

4 案例分析

通过华电集团吉林大安风电场13台风力机安装智能机舱环境过滤系统实施案例分析。

图4 大风高温天气齿轮箱油温对比

大风高温天气齿轮箱油温对比情况如图4所示。在大风高温天气下，最下面的曲线是安装了该系统的风机油温曲线，其余2条是未安装该系统的风机油温曲线。可以看出，安装了该系统的齿轮箱油温明显低于未安装该系统的油温，并能使温度保持在趋于稳定的范围内。

图5 大风高温天气风电机组功率曲线对比

大风高温天气风电机组功率曲线对比情况如图5所示。可以看出，未安装机舱环境过滤系统的风力机每运行一段时间就会出现有功功率迅速下降，甚至为“0”的情况，造成不可利用小时数的增加和发电量损失；相反，安装机舱环境过滤系统的风机的有功功率一直处于较高的稳定状态。从而提高了各项运行指标和经济效益。

5结 论

通过对风机机舱环境过滤系统的设计以及在吉林大安风电场13台风力机中的应用，得出如下结论：

1）该系统过滤网的材料采用了聚丙烯纤维，可以承受35℃～50℃的高温，有效地克服了高温、暴晒等恶劣环境的困难，同时降低了成本。

2）该系统实现对步进电机的控制和对过滤网的监测，使风力机机舱环境得到了极大的改善，减轻了运维人员的清扫工作量。

3）通过实施案例分析，该系统能使齿轮系统油温和风机功率保持在稳定范围内，增强了风力机发电的可持续性。