风力发电站周界与设备安全监控解决方案

风力发电站(WindPower)一般简称风电站，属绿色能源。通过传动轴方式，将耸立于山坡或海边的高空扇叶转动的动能传送至发电机使发电机转动产生电能，再使用升压变压器将电压升高传送到较远处的变电站，再由变电站进行降压送到各用户的方式称为风力发电。

有哪些安全顾虑?

风力发电站通常设置在迎风面的海岸、近岸的浅海区域、内陆无人地带迎风面的平地或丘陵地带上，都是属于人烟稀少环境恶劣的区域，容易因为人迹罕见而轻忽本身的安全警戒与维护，安防解决方案的设计上须考虑以下方面：

1、设备监控与周界的入侵防范;

2、雷击和鸟类干扰;

3、塔柱离岸建置的遥控与电力传输安全;

4、海上船只撞击;

5、风力来源及风向的不稳定及风力有间歇性的问题无法及时调整风机方向使发电更有效率。

这些问题里面最重要的是整个风力机塔站的设备运作及周界安全这二部分。

设备监控解决方案

风力发电站设备部分非常复杂，风机依照结构及运转技术可以有很多种类型。依风机旋转轴的方向可分：与地面平行的水平轴式风机，这是常见的大型的风机，叶轮需随风向变化而调整位置;叶片与地面垂直轴方式风机，设计较简单，叶轮不必随风向改变而调整方向。

此外还有依桨叶受力分成升力或阻力型风机;依叶片数量分为单叶片、双叶片、三叶片或多叶片型。这些由成本、噪音、美学及发电效率、环境、空气动力及设计的复杂因素来决定，因此在总体设备运作上的监控也就有很多的项目，这些监控项目结果及参数都必须通过传输系统送到电力站监控室或发电厂的监控室以作为运作监控使用。

所有风力发电设备都必须要有远程数据收集器：包含风力计、风向计、温湿度计、电压电流计表及油压液位传感器及马达转速计等传感器，以及收集端RTU设备来对现场风机及发电机设备运行情况做准确监控，收集目前运作数据及设备控制状态，再将控制信号及信息通过网络传送到服务器，再服务器产生报表及状态栏以做为操作人员直观的监控参考。

风力发电在主系统通过网络及探测器进行电网参数检测、目前风力及风向状况、现场设备工作温度数据及目前工作电压及电流的稳定情况，并对风力发电机组自动进行连、脱机控制，并监控齿轮箱、发电机的运转温度是否过高，油压液压系统的压力与液位是否正常，同时依照风力风向状况进行转向偏向及桨叶偏向俯仰角度等调整动作，获取最佳风力转动力源，进而提高风力发电机的发电效率与质量。

对于收集所得数据，如出现任何异常，设备监控系统会自动进行告警警报功能，如遇紧急状况系统必须有自动停机的远程控制能力。确保风力发电机组可以完全安全可靠的运行。这些都是通过安装于风力发电机组塔柱底部空间的机柜监控设备来完成这些系统运行状态控制与显示，还有历史数据查询、故障查询等功能。

风力发电设备监控系统解决方案主要组成：网络服务器采用分布式架构数据伺服，在设备监控主服务器上作为发电机组设备监测系统;采用JAVA语言及SQL数据库存储各类数据，集成远程控制、综合数据查询、风机故障分析等功能，支持多种类型通讯规则，并具有可扩展性和跨平台型功能，设备监控系统能支持多种通讯协议，支持通讯协议扩展;采分布式主从结构，支持双Master或Master-slave方案，支持冷备份和热备份，可灵活可靠的用户权限配置，支持本地监控和远程监控。

现场设备监测项目包括风向、风速、温度等风力气候监测，及发电机电压、电流、功率调节机组等监测;风力发电机监测主要包括风力机电力调节机组监测与风场气候环境监测。

风力发电调节机组监测主要是为了确保运转机组在设定的参数范围内进行运转，并维持发电效率;而风力场气候监测则用以监测外在环境气候影响因素，以保全风力发电机运转无外力干扰，确保风力发电机组安全使用。

监控系统要求外形简洁容易操作，具备有IP67及NEMA5以上防水耐腐蚀及抗震性，能应付恶劣环境使用，并且系统稳定低故障率。同时为迎合各种数据的不同探测收集器，RTU的接口必须丰富多元才能完整收集所有类型的数据，这样才能顺利的传输到后端监控盘上，最后要能实现远程管理和控制，如此才是风力发电站完整的设备监控解决方案。监控系统架构图如图所示。

风力发电站周界与设备安全监控解决方案

避雷击解决方案

由于风力发电机组都耸立在广阔地带，且其独特的超高结构、外形、室外环境条件，使得风力发电站经常受到雷击威胁。雷击不但会使扇叶及轮机外毂外壳击穿、表面损坏，还会导致电器设备烧毁。除了部分安装避雷针设备外，目前的解决方案是安装放电的防雷系统在轮毂和塔筒上的环形电极上，让风机的轮毂的电极与扇叶的导雷电缆连接，也让塔筒上的电极与导雷电缆做好连接，并安装在轮毂的底部，环形电极保持一定的间隔距离，这样可避免雷击中轮毂时，对塔筒的电极造成撞击而使转动机组偏转，同时若雷电直接击中扇叶时，雷击电流也会沿扇边缘到叶尖，通过导雷电缆将大电流送到轮毂上的电极，因两个电极间会存在电位差，通过二个电极形成电流通道，将电流通过电极释放到大地，这是目前普遍采用的风力发电站避雷解决方案。

周界与影像监控的布建

不管哪种环境下的风力发电站，所采用的摄像机必须采用具有PTZ功能且必须是防腐蚀抗盐分的SS316不锈钢材质，同时还有红外线夜视照明及远距离监控能力，以防止有人入侵风电站周界范围或塔筒底部机防的入口处;为完整管制整个风力发电站区域四周的周界状况，必须采用抗腐蚀抗盐分的不锈钢围篱加上光纤振动或多光束长距离AIR主动式红外线探测系统，或以影像摄像机加上前端区域动态VCA智能侦测入侵周界行为;利用VCA智慧侦测，可以做到早期预警，事件处理，采证，利用前端摄像机去进行事件侦测，如塔筒机房火警检测、周界入侵检测、徘徊滞留等远程监视监控。

风力发电站通常分为很多区块，因此采用红外线多光束周界侦测会比光纤传输方式经济，也是最适合的方式。在周界部分的保护也可以采用不锈钢拉力式周界阻绝设施，配合保安PTZ摄像机监视系统做默认门位或栅栏开关侦测驱动摄像机画面锁定及连动警报画面锁定，也可以采用巡程(Pattern)监视。塔统底部机房大门区配置门禁系统和监视系统，记录进出机房的每一个脸部录像及作业内容，此外针对进出周界区之人员、车辆执行CCTV跟随画面追踪锁定，确保非授权者进入区域内造成破坏，以达双重安全管制保障。

升压变压器及电力开关厂部分：变压器区及一次电力传输的开关厂，通在会在风力机的塔筒底部机房及塔筒边的区域，与其它类型发电厂同样具有相同的感电、电弧放电及绝缘碍子和变压器高温爆炸等这些安全上的危险，因此变压器的工作温度还有散热风扇运作、升压电压、电流量变化都要纳入风力发电的影像监控范围内;开关厂部分，也属于高压电力危险区域，在此区域架设的PTZ高清监视摄像机须考虑维修时过度接近电力设备时的电磁干扰问题，必须用严格的HD高清影像来管制门禁，以确实掌握进出人员身份。

未来安全监控发展

由于大部分风电站都位处偏僻区域，监控必须符合无人化、远程化、高清化及网络化的要求，但由于部分风电站处于海岸休憩区，风力发电站的安全保密及传输线路安全都变得非常重要，因此3G架构传输也变成是风力发电站在监控及影像和数据实时传输的发展需求之一。

在整体解决方案上，目前以模拟为主加部分数字的混编架构方式为主。对于风力发电站的整体要求来说，远距、实时是风力发电站运作首要条件。解决方案内容跟其他能源发电厂一样必须做到将远程的图像监视、环境监控、防盗、消防和报警联网系统的统合并结合复杂的设备安全监控系统，才能有效的预防事故发生、确保风力发电站运行安全。

随着电力能源不足及风力发电站不断发展，风力发电站安全监控应用项目及解决方案也会不断改良，朝风力发电站的安全监视监控整体化的集成系统发展，包含环境及设备监控系统、防盗系统、消防系统、报警系统的高智能化、自动化、一体化。