温湿度对风电电气产品性能的影响

温湿度对风电电气产品性能的影响

吴迪

中国水利电力物资集团有限公司 北京 100043

摘要：随着时代的发展，风电控制器件是风电设备的核心和基础，其稳定性和可靠性对设备安全运行起着决定性的作用。目前许多风电设备常工作于高低温及高湿的野外环境，这些环境将对风电控制器件的可靠性造成严峻挑战。

关键词：温湿度；风电电气；产品性能；影响

引言

目前，电气产品被大量应用于风力发电机组中，风电电气产品的绝缘性能是关系其是否安全稳定运行的关键因素。由于我国幅员辽阔，各地环境差异非常大，特别是温度、湿度，而风电电气产品的绝缘性能对温度、湿度的变化特别敏感，所以在产品的运行过程中其绝缘性能极易受到环境因素的影响。而在对风电电气产品进行试验时，不可能把所有条件模拟到，因此正确评估环境因素对风电电气产品的影响，对于产品的完善设计、提高产品的适应能力和防护能力是非常必要的。

1概述

能源与动力是社会进步和经济发展的基础，是人类从事各种活动的原动力。但长期化石能源为主的能源消费结构使人类面临能源短缺、环境污染、温室效应等一系列严峻的挑战。随着科学技术的发展，世界性能源危机的日趋严重以及环境保护意识的不断加强，开发新的可再生能源迫在眉睫。风能属于典型的可再生清洁能源，储存量丰富，是人类最早利用的能源之一。风力发电作为目前应用技术最成熟、最具商业化开发规模的可再生清洁发电形式，有着良好的发展前景。大力发展风力发电对调整能源结构、保障能源安全、应对气候变化、促进社会可持续发展具有重要的意义。

2温湿度对风电电气产品性能的影响

2.1变压器温度测量和控制过程

①设定各个温度上限参数。通过键盘操作，可以设定风机启动温度上限值、报警温度上限值、跳闸温度上限值。②温度采集。处理器ATmega16通过读取PT100传感器传给自身A/D转换器转换的温度数据，温度值-50~150℃分别对应A/D转换值0~2000。③温度显示。将采集到的数据进行数据类型转换，变成二进制数据，通过数码管显示器显示出来。④温度控制及报警。当变压器温度值高于设定上限时，开启降温风扇对变压器需要降温部位进行通风降温，温度降低回程数值后，关闭风扇。若变压器温度继续升高，超过了设定的报警温度值、跳闸温度值，则启动报警和跳闸。其中各个温度上限值都是通过键盘设置和调整的。

2.2制冷系统

制冷系统:主要由压缩机、冷凝器、蒸发器、制冷剂、制冷剂循环管路等组成；利用制冷剂在相变过程中的吸热和放热原理，通过蒸发器与所需被冷却空气介质进行换热，到达制冷的目的。一般来说制冷方式常采用蒸汽压缩式制冷，根据蒸发器工作温度（蒸发温度）范围以及制冷速率的不同,按效率从低到高，制冷型式主要分为:单级制冷、双级制冷和复叠式制冷。由于本文环境试验箱设计低温工作区间为室温至-45℃，温度变化率≥7K/h，而不大于3K/min，因此采用复叠式制冷型式；复叠式制冷通常由两个单独的制冷系统组成，分别称为高温级及低温级部分。高温部分使用中温制冷剂，低温部分使用低温制冷剂。高温部分系统中制冷剂的蒸发是用来使低温部分系统中制冷剂冷凝，用一个冷凝蒸发器将两部分联系起来，它既是高温部分的蒸发器，又是低温部分的冷凝器。低温部分的制冷剂在蒸发器内向被冷却对象吸取热量（即制取冷量），并将此热量传给高温部分制冷剂，然后再将高温部分制冷剂输送到冷凝器，通过外部冷却介质（水或空气）将高温级制冷剂降温。

2.3湿度对风电电气产品绝缘性能的影响

当空气绝对湿度即空气中实际含水量增加时，若绝缘介质表面产生凝露，则绝缘件沿面闪络电压会略微升高，若绝缘介质表面未产生凝露，则绝缘件沿面闪络电压会大幅下降。这与凝露的产生、空气相对湿度和介质表面温度有关。一般情况下，绝缘介质表面会在空气相对湿度大于65%时附着水膜，且随湿度的增加附着水膜增厚，以致形成导电水路并出现飞弧。清洁的环氧树脂支柱绝缘子的交流闪络电压与空气相对湿度的关系。由图3可见：当相对湿度在60%以下时，闪络电压随相对湿度的增加略有提高，这在沿面放电距离为60mm时尤为明显。这是因为在环境温度恒定的情况下，相对湿度的提高即意味着绝对湿度的提高；但当相对湿度超过60%时后，闪络电压明显下降，其原因就在于介质表面产生了凝露。

2.4变压器温度控制子系统

变压器绝缘材料的热击穿和电化学击穿属性与温度密切相关。通过实验可知，击穿电压随周围介质温度增加而显著下降，与温度成指数反比关系。在变压器运行过程中要防止其温度超过规定的数值，否则其使用寿命可能会降低甚至导致击穿破坏。众所周知，配电变压器绝缘材料使用寿命与周围温度成指数函数关系，可用经验公式来确定。当绝缘的长期工作于90～95℃的温度环境条件时，其使用寿命可达到20年左右。而温度每增加3℃，绝缘材料的寿命将减少一半。因此，为了保证变电站内变压器的长期稳定运行，变压器的温度必须要求精确控制，用户可以根据需要自主设定温度上限值、超温报警值及跳闸值，当温度过高时启动降温装置，过高相应的报警温度和跳闸温度将触发报警装置和跳闸装置，使变压器停止工作，以保护变压器。

2.5风电机组生产风险与设计的关系

除了风电机组产品本身的性能、可靠性、可维护性在设计中需要考虑之外，还需要考虑风电机组生产风险与设计的关系。风电机组生产性风险主要研巧产品本身的物理特征与制造系统各部分之间的相互关系，并把它用于产品设计中，便将整个制造系统融合在一起进行总体优化，使之更规范，便降低成本，缩短生产时间，提高产品可制造性和工作效率。和可生产性相关的设计指标主要有：①制造是否容易，是否在无法制造、组装或检验。②生产的经济性（生产效率、合格率、成本浪费）。

结语

针对现有温湿度环境试验平台控制精度低、响应速度慢的不足，开发了一套用于高低温及湿度试验的环境试验平台，通过流体力学和工程热力学以及仿真分析对环境试验平台进行了整体结构设计，并建立了三维样机模型，在完成产品制造调试后对试验台进行实验验证。

参考文献

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