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叶片除冰系统

 一、问题描述

风机叶片结冰问题是一项全球性技术难题。风机叶片结冰后,会造成一系列不良后果,导致:

1、性能劣化:气动外形改变导致风能捕获能力急剧下降。

2、机械失效:导致(不平衡)载荷增加、震动加剧。

3、安全危害:脱落冰块被甩出的距离可达1.5倍叶尖高度,对现场人员造成安全隐患。

4、测风失准:可导致30%-60%的风速测量误差。

5、停止运行:造成发电量损失,影响发电总量。

 

二、解决方案

1、采用给风机叶片内部空气加热的方式进行除冰,当叶片内部温度上升到一定值时,叶片外部的冰层开始融化,从而达到除冰的效果。

2、此方法除冰效率较高,能耗相对较低,维护比较容易,不用引入复杂的系统。

 

三、方案简介

除冰控制系统由塔基控制柜、机舱控制柜、电源分配箱、1号叶根控制、2号叶根控制柜和3号叶根控制柜共六个柜体组成。

 

四、系统功能:

1、结冰检测能力:依据配套安装的结冰探测器和温湿度传感器,结合主机控制系统提供的功率因数、发电效率等参数,自动判断叶片是否已经结冰。

2、防冰控制能力:系统根据风机外部温湿度对叶片结冰时刻进行预测,在叶片结冰前就预先启动防冰控制,让加热器以小功率运行,使风机叶片表面温度维持在一定的范围之内,使其不容易结冰。

3、加热除冰能力:当结冰探测器检测到结冰信号时,系统能根据结冰及融冰情况线性调整加热器输出功率,并通过风机将热风送至叶片远端。

4、系统能够实现对风机转速和加热器的出风口温度进行线性调整和闭环控制,通过控制算法保证对叶片内部温度的均衡控制,提高了除冰效率,同时防止叶片加热时局部过温对叶片材料及结构造成损伤。

5、远程监控能力:采用CANopen协议与主机进行通信并将运行数据反馈至用户的风场主控制室,可以在主控制室进行远程操作。

6、优化的加热控制策略:具备优化的自主加热控制策略,通过与加热控制系统温度传感器协同工作,实现加热效率的最大化。

7、具有全面的保护功能和友好的操作界面:本系统配备友好的HMI操作界面,并提供相应的电流电压检测保护功能。

 

五、除冰效果

本产品为全球首台智能型气热除冰系统,已成功运用于江西天湖山风场,运行效果良好。

江西天湖山风场29号风机开启除冰装置二十分钟后的运行情况如下:


 

从上表中可以看出:时间不长,但除冰效果明显,且发电功率大于除冰消耗的功率,采用热成像观察叶片表面温度分布可以得到证实:叶片表面冰层融化后可以清晰的看到叶片涂装,如下图所示。开启除冰系统的随后几天,处于风口气温最低的29号风机没有因为结冰而停机,与此同时,没有安装除冰系统的近百台风机中有70多台风机因为结冰而停产。