风电机组的照明配电系统设计[1]

　　引言

　　风能是目前最具备规模开发条件的可再生洁净能源，随着现代科学技术的迅猛发展，风电机组的单机容量越来越大，为了能吸收更多的能量，机组的安装高度不断增加，叶轮直径加大[1]。而机组内的照明配电系统，对整机安全运行和设备检修有着不可或缺的作用。风电机组的照明系统主要是分为机舱照明和塔筒照明两部分。

　　照明配电系统的设计跟风力发电机组安装地点的自然条件和周围环境有关，存在不确定性，需要具体问题具体分析，本研究针对风电机组的照明配电系统进行分析与设计。

　　1 机组结构简述

　　水平轴风力发电机组示意图如图1 所示。

　　1—风轮;2—机舱;3—塔架上段;4—塔架中段;5—塔架下段;6—电器控制柜;7—基础

　　1.1 机舱

　　机舱包括机舱座和机舱罩两部份[2]。机舱内有足够的空间用于维护，并配有相应的照明系统，即使在恶劣的天气条件下也可以不打开机舱罩进行维护，具有可靠的防雨、防霜、防雪、防沙尘等性能。

　　1.2 塔筒

　　风力发电机组的塔架为圆锥形钢结构焊接构件，是风力发电机组的主要承重构件。塔筒通常分为上段、中段、下段和基础段等四部分，各部分采用高强度螺栓连接，塔筒的空间较小，无窗口而呈封闭状态。根据安装高度的不同，塔筒内部的照明设备布置也有所不同。

　　以WD750 型风力发电机组为例，不同轮毂高度的塔架各段的外形尺寸数据如表1 所示。

　　2 照明配电系统设计目的

　　照明配电系统的设计目的：①优化照明设计，节约电能;②选择合理的照度标准;③合理采用电光源、电气附件等;④优化照明控制。

　　风力发电机组的照明通常分为正常照明、局部照明和应急照明：

　　(1)正常照明。保证风力发电机组稳定安全运行，方便维护人员日常工作要求，一般由市电供电。
　　(2)局部照明。为临时性电源供电，以满足机组运行过程中监控和检修设备之需要。可在机舱和塔筒内部主要设备的安装处，设置若干备用电源插座。
　　(3)应急照明。一般为安全照明和疏散指示标志照明，安全照明为正常照明的一部分。当正常照明因故失电时，无论应急照明的控制开关处于何种状态(开、闭)，都应自动点亮。

　　本研究结合风电机组的结构特点和安装地区的自然环境，进行了照明配电系统的优化设计，实现绿色照明。在塔筒和塔架透光性较差的情况下，通过电气照明实现光过渡，使得由于机组内、外亮度对比变化引起的“黑洞”效应降至最低，设置了应急照明，采用UPS 或EPS 电源供电，在紧急情况下维持约30 min的供电能力，以便维护人员进行特殊环境下的照明要求和安全撤离，并保障机组的安全运行。照明控制方式根据运行需要，可集中控制、分组控制或单独控制。

　　3 照度计算
　　3.1 机组最小照度值

　　目前，尚未有风力发电机组的统一照明标准，可以根据《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008 关于“电梯井道的照度不小于50 lx”的要求，或根据业主对照度的要求，选择最小照度值[3]。正常照明时，塔筒的最低照度为50 lx，机舱的最低照度为100 lx;局部照明时，按照度300 lx 以上来选择和配置灯具;安全照明时，光照度维持在10 lx 以上。

　　3.2 几点假定

　　由于风电机组结构的特殊性，为简化计算起见，本研究作如下的假定：

　　3.2.1 塔架

　　本研究以WD750 风电机组65 m 高的塔架为例进行照度的计算。

　　假定在塔筒的内壁表面涂浅灰色油漆，并设置检修用铁扶梯，如图2(a)所示。