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降低风力发电行业的电缆成本
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随着涡轮风力发电机制造行业的发展和日趋成熟,如何高效地使用电缆成为了涡轮风力发电机原始设备制造商(OEM)们简化生产制造流程的一个重要领域,电缆供应商Nexans公司的Thibaut Zumsteeg先生说。

随着社会、经济和政治等因素带动了风能的上涨势头,在风力发电行业也产生了许多技术创新的机会,特别是在风力发电场的规模大小和发电容量不断增长的今天。

漫不经心的观察者们往往会忽视电缆在风力发电中起到的至关重要的作用。一台涡轮风力发电机就可能包含多达50到100种类型的电缆,包括在机舱、发电塔和基座里,每条电缆都在输配电、控制或通讯中起着不同的作用。电缆制造商有责任使得他们的客户能够从基础设施的投资中获得更多。

涡轮风力发电机的设计对电缆的构造具有一定的要求

一台涡轮风力发电机电子组件的配置决定了所使用电缆的类型和构造。机舱中的发电组件包括发电机、变速箱、传动和制动系统。他们通过回路电缆连接到发电塔上,这样命名是因为回路电缆会在风中旋转并形成回路连接入机舱。回路电缆将电力传输到发电塔的下段部分,那里的电缆在连接到电网以前就已经被固定在了发电塔的结构之中。

涡轮风力发电机的电缆都是典型的低电压(LV)和中电压(MV)电缆,选择使用这样的电缆是根据电压的范围、发电机的设计以及变压器的位置,这些都是决定性的因素。为了将电压从低电压(LV)发电机提升到20~36kV的程度,以便传输到电网中,变压器可以安置在机舱中、发电塔下层结构的中央甚至不安置在发电塔中。

对于安置在机舱内的变压器,使用额定功率为36kV的中压电缆将变压器连接到位于发电塔基座的分配点上。这使得涡轮风力发电机能够在更高的电压下操作并生产更多的电力,这是目前陆上涡轮风力发电的一种流行趋势。相反,当变压器被安置在中央或发电塔的下部时,将使用一种额定功率为0.6~1kV的低电压电缆连接发电机和变压器。

在使用双馈感应发电机(DFIG)时,无论是低压LV和‘低’MV电缆,都可以作为回路电缆在机舱和发电塔之间进行安装。除了涡轮风力发电机的基本配置,电缆使用的位置和作用也决定了所使用电缆的类型,所有的电缆需要符合UL和CSA的标准。尤其是回路电缆必须经过严格的测试,以满足特殊应用的需求。

四种类型的涡轮风力发电机电缆

◆ 机舱电力电缆:机舱中的低压电缆需要能够抵御机舱中严峻的环境,具有一个较小的弯曲半径、耐侵蚀性的化学品和臭氧,能够承受最高温度105℃,最低温度-40℃。机舱中的低压电缆往往使用具有绝缘功能的由橡胶或其他类似性能化合物制成的护套。单芯中压电缆也在机舱中起到了一定的作用,常常作为电力输出连接H级发电机的绕栏和电流转换器。这些电缆都需要能够在高达180℃的极热环境中传输大量的电流,并且还必须硅绝缘。

◆ 机舱到发电塔的回路电缆:从机舱往下延伸作为回路电缆使用的中压和低压电缆需要既轻又灵活,使它们能够承受四个方向全旋转的机舱所产生的最大扭应力。根据要求,回路电缆有单、3或4芯等不同的类型。回路电缆的绝缘和护套需要能够耐油、耐磨损、抗紫外线和臭氧以及具有-40℃到90℃的工作温度。对于低烟无卤素(LS0H)绝缘和护套材料的需求也有所增长,并且使用寿命的测试已经证实了这些电缆能够符合涡轮风力发电机的设计使用寿命。

◆ 发电塔电缆:连接机舱与位于发电塔基座的开关设备,无论变压器位于机舱或塔身,发电塔电缆都是回路电缆的延伸。在变压器位于涡轮风力发电机机舱的情况下,MV回路电缆作为一个单一的长度延伸到开关设备。反之,在变压器位于塔身的情况下,低压回路电缆为了得到高效的传输效果通常使用一种具有高导电性的铜或铝制成并固定安装连接到变压器。无论怎样安排,LV和MV电缆都需要具有耐油、耐磨、抗紫外线和臭氧等性能。还需要能够在-40℃到90℃的环境下可靠运行,这些都在LS0H的设计中都具有一定的要求。

◆ 通信电缆:在涡轮风力发电机的电缆设置中还包括了控制和数据传输电缆。在从2到100芯的电缆中,控制电缆是最灵活的,通常为了屏蔽EMC需要带有300V到1kV的小电流来控制涡轮风力发电机的驱动马达、制动、定位和转子的速度。在另一方面,电子和数据传输电缆能够传输信号来控制所有的电子和机械设备以及传输传感器测量风速、温度和性能的数据。现在越来越多地使用屏蔽EMC和具有热塑性调整的 2~5芯多芯多对传感电缆来进行数据的传输。两芯总线电缆与电力电缆平行进行电子信号的传输来控制电子和机械设备。

回路电缆测试

在涡轮风力发电机所有的电缆中,回路电缆需要承受最高的机械压力。一台典型的涡轮风力发电机大约20年的使用寿命中,回路电缆将经历数千次由于机舱旋转而产生的扭曲。电缆的制造商们对电缆进行了各种测试,以确保它们在扭转时的性能和强度。

通常的做法是对10米长的电缆进行测试,它需要承受每米至少2,000圈的旋转角度,这是一台涡轮风力发电机在其整个使用寿命中需要经历的(或更多,由OEM来指定)。目标是,在运营商的工作人员必须前往进行维护之前,能够适应最多四个整圈机舱的旋转,现实是,涡轮风力发电机通常只会达到最多两圈半的完全旋转。

安装

原始设备制造商(OEM)们在订购电缆时有很多的选项,首先是以卷的形式订购电缆,再由他们自行进行切割或使用电缆制造商准备安装的长度。同时,电缆也可以由电缆制造商切割成一定的尺寸并交付准备安装。现在,OEM制造商们存在这样一种新的趋势,他们从电缆制造商那里订购电缆套装,其中包括预切割电缆的长度、去除电缆外套的工具和相应的连接器,以加快安装的过程。

由于涡轮风力发电机的发电塔高度可以达到140米,这是不能作为一个单一的单元进行运输的。取而代之,4个或5个长达25米的塔身将预装电缆,并在现场进行连接,每个塔身末端留有最短长度为60公分的电缆,可以由专业的电气安装技术人员在现场进行直接连接。

考虑到了这一点,Nexans公司正在研究未来新一代涡轮风力发电机组项目的解决方案,风力发电行业将能够计划定制精确长度的电缆,最大限度地减少浪费并节省昂贵的现场安装时间。一家主要的国际涡轮风力发电机组制商,Nordex公司,已经从Nexans公司提供电缆套装的方法中受益。

Nexans公司与Nordex公司已经建立了供应定制电缆(根据适当长度裁剪的电缆)和为高效率的涡轮风力发电机提供电缆套装(为每台涡轮风力发电机定制电缆)的框架协议。Nordex公司的订单包括了Nexans公司的发电塔制造、电缆、连接器和套件。并且这些都已经能够为遍布整个欧洲的陆上风力发电项目提供并进行安装,电缆套装已经被世界各地的发电塔制造商们广泛使用了。

随着涡轮风力发电机行业的发展和日趋成熟,高效率地使用电缆成为了涡轮风力发电机原始设备制造商(OEM)们简化制造流程的一个领域。电缆和配件需要得到性能和电力传输的保证,电缆行业的新发展意味着安装的过程可以比以往任何时候都要高速和高效。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/4/2013)
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