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风电机组的照明配电系统设计[4]

2012-2-13  来源:浙江运达风电股份有限公司  作者:杨震宇 史晓鸣 吴文深  有13882人阅读

  为了解决风电机组安全运行和设备维修的照明问题,在对风电机组的照明灯具、照度和应急电源进行计算与分析的基础上,建立了照明配电系统和风电机组之间的关系,提出了采用正常照明、局部照明和应急照明三级照明设置方法,并进行了计算和研究。风电场现场的应用结果表明,该系统稳定、可靠,能满足现场需要。

  4.3 机舱

  机舱通风条件比塔筒好,但常有表面凝露的现象,灯具应具有防潮、防溅、防污的性能,同样要易于维护和更换,如选用矿用安全灯、防水防潮灯或平面灯等,照明光源选用白炽灯或裸钨灯等。需要临时观察设备的局部照明,其实施方法与塔筒相同。

  4.4 其他

  (1)在塔筒的门框上方,设置自充电式应急疏散指示标志灯,提供安全出口标记;
  (2) 宜在机舱顶部设置航空障碍灯。

  5 供电系统
  5.1 概述

  (1)由于机组输出电压为3 Φ~690 V,而照明配电系统输入电压为3 Φ~400 V,需要通过自偶变压器或电力变压器进行电压变换。
  (2)风力发电机组的照明配电系统为TN-S 制或TN-C-S 制,电气中性线(N)与保护零线(PE)分开敷设,以利人身安全[6]。
  (3)照明配电系统为放射式配电系统,塔筒和机舱内的照明灯具分别实行就地集中控制。为了满足应急照明的要求,供电系统内设置EPS 电源或UPS 电源,由专用电源供电;照明配电回路应满足正常照明和应急照明的自动切换;工作照明回路和应急照明回路可共同安装在同一配电箱内。
  (4)各照明配电支路在电气布线时增设PE 线,选用漏电式保护自动开关。
  (5)设置备用电源,内含三相和单相电源,以利于检修和维护。

  5.2 用电负荷计算

  机组照明设备的配置情况,如表12 所示。

  5.2.1 计算公式

  低压用电设备的电气负荷计算采用需要系数法,按用电设备的性质进行分类。同类单组用电设备的计算公式为[7]:

  式中:Pjs、Qjs、Sjs、Ijs—该用电设备组的有功、无功、视在计算负荷和计算电流;Pe—该用电设备组的设备容量总和,但不包括备用设备容量;Ue.x—额定线电压;Ue.Ф—额定相电压;tgφ—与运行功率因数相对应的正切值;Kx—该用电设备组的需用系数。

  5.2.2 计算数据处理

  照明灯具(以图2 和图4 为例) 选用PZ220-100型白炽灯为例,进行用电设备的负荷计算。

  (1)正常照明容量估算,如表13 所示。
  (2)应急照明容量估算,如表14 所示。

  5.3 配电系统设计

  由表13~14 知,虽然用电容量不大,但考虑到日常的电气维修,本研究采用三相四线电源(3Ф380/220 V)供电。整台风力发电机组在配电间设置总照明配电箱,在机舱设置分照明配电箱。照明灯具以集中控制为主,应急照明作为正常照明的一部分并与此同时使用,考虑由同一单相电源供电。

  6 应急照明的电源及其控制

  6.1 应急照明切换时间

  应急照明由EPS 电源供电。EPS 的电气原理方框图如图5 所示。系统主要包括整流器、充电器、蓄电池组、逆变器、互投装置等部分。其中,逆变器是核心。整流器的作用是将交流电变成直流电,充电器对蓄电池及逆变器模块供电。逆变器的作用则是将直流电变成交流电,给负载稳定持续地供电,互投装置保证负载在市电及逆变器输出间的顺利切换[8]。在市电供电正常时,EPS 是通过它的交流旁路向负载供电。在市电故障时,EPS 必须瞬间切换至蓄电池组侧供电,要求转换时间≤250 ms。即在市电供电中断或市电电压超限(±15%或±20%额定输入电压)时,由EPS 中的逆变器来供电。

  6.2 EPS 的装机容量

  应急照明对EPS 的应急供电时间按工艺要求来决定,但要保证应急照明的照度值不低于正常照度值的5%。

  EPS 的带负载能力,不仅需要考虑逆变器在不同功率因数时的额定输出特性,还需要根据所使用的不同型号的应急照明灯具来选配EPS 的输出功率和机型。同时,EPS 的输出功率需考虑留有50%~100%的余量。若带有感性负荷,输出功率应留有更大的余量。

  (1)当应急照明采用白炽灯时,EPS 的满载输出功率为:

  式中:S—EPS 满载输出的视在功率,kVA;P—应急照明灯具的总安装容量,kW;功率因数取0.8(因EPS 逆变器的输出功率按CosΦ=0.8 时的视在功率标注的)。

  (2)当应急照明采用荧光灯时,实际选用EPS 的满载输出功率为:

  其中:系数取(1.3~1.5),其原因是荧光灯启动时,存在较大的浪涌电流,故容量应增大。

  6.3 EPS 电池配置方案

  原则上,EPS 可以带具有各种不同功率因数的负载。EPS 为应急照明系统供电,要求持续工作时间不宜≤30 min。

  应急电源采用单体逆变技术,集充电器、蓄电池、逆变器及控制器于一体。系统内部设计了电池检测、分路检测回路。

  (1)基本公式:

  式中:S—EPS 容量,VA;Cosφ—功率因数;Emin—电池放电终止电压,V;η—逆变器效率;Imax—最大放电电流。

  (2) EPS 技术参数:

  电池供电标称为192 VAC 时,正常电压220 VAC,放电终止电压165 VAC;逆变器效率0.92;每只为12 V 的电池,放电终止电压按10.3 V 计算。

  (3) 计算举例:

  由表12 知,应急电源的计算容量P=2.9 kW,EPS的计算容量为:

  应急时间为30 min,蓄电池的安时为10.86 Ah(21.71 ×0.5)。本研究选择一组16 节12 V/17 Ah(NP17-12 型)蓄电池。

 

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