风能母线系统在风力发电机组中的应用

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1、风能母线系统在风力发电机组中的应用马腾黄勤西门子（中国）有限公司北京100102摘要：随着风电单机容量不断增大，电流等级也随之增大，母线系统作为大电流传输中电缆的升级产品，在风电领域中的使用已越来越广泛。然后目前国内外关于母线的研究多集中于传统供电领域，专注于风能母线的较少。本文将从风塔内部特性与风场环境出发，找出风能母线的使用特点，并与电缆进行比较分析，以便合理的选用风能母线。关键词：风能母线、电缆、风力发电机组ApplicationofWindPowerBusbarSysteminWindmillMaTengHuangQinSiemensLtd.,ChinaBeijing10010

2、2Abstract:Astheupgradeofthecableforhighcurrentdistribution,windpowerbusbarsystemisbeenwidelyapplyingwhilethewindmill’sunitcapacityandratedcurrentareincreasing.Morepaperswereusedtoanalysistraditionalbusbar,howeverthelessfocusinwindbusbarbusbaratpresent.Thisarticlewillsharethewindbusbaradvantageou

3、sapplicantbaseonanalysisofthetowercharacteristicandwindfarmenvironment.Anditalsocontainsthatthecomparisonwithinwindpowerbusbarandcable,inordertowindpowerbusbarisappliedmorereasonable.Keywords:WindPowerBusbar,Cable,Windmill1引言母线系统20多年前兴起于工厂及楼宇供电领域，作为大电流传输中电缆的升级产品而被设计院、承建公司、业主等各从业单位所广泛认可与使用。母线系统大致

4、可分为密集型母线和空气型母线。前者母排相互紧贴，母排之间包裹绝缘材料；后者母排相互分开，以空气绝缘为主。早在1998年，德国著名风机制造商Repower公司率先在其机型中成功实现空气型母线供电方案，母线从此进入风电领域，并逐渐在欧洲形成标准。2006年，中国风电市场方兴未艾，风能母线开始进入中国。但由于技术国产化、安装培训以及成本方面的原因，一直未成主流。2011年，1.5MW机组已经成为中国风电市场的主流机型。尤其在国家新能源政策导向下，各种大兆瓦机型（≥3MW）不断投放市场并引领发展趋势。单机容量变大之后，为大电流的传输提出了新的挑战，特别是近年来铜价一路飙升，以铜导体为主要原材料

5、的电缆价格也不断走高，以及电缆在大电流传输中的局限性不断暴露，使得风能母线重新获得各大风机制造商的青睐。图1空气型母线目前，国内外关于母线的研究多集中于传统供电领域，专注于风能母线的较少。本文将从风塔内部特性与风场环境出发，找出风能母线的使用特点，并与电缆进行比较分析，以便合理的选用风能母线。2塔筒及风场特性2.1塔筒摆动与母线受力分析以1.5MW风机为例，塔筒高70~80米，由于风的作用，塔筒会发生摆动（最大偏离可达2米）。如何将刚性的母线单元敷设在塔筒内壁上而不降低工作性能，这是我们在选择风能母线之初，所应该考虑的首要问题。就母线而言，塔筒摆动所带来的力矩影响可通过弹性支架缓冲并最

6、终分解至X、Y、Z三个坐标轴上，如图2所示。X为垂直方向，有两种力矩影响：沿X轴的拉伸X1和绕X轴的扭动X2。其中，以X1为主。也就是说，塔筒摆动会造成母排之间在垂直方向的相对位移。故在母线选型之初应当谨慎，密集型母线因母排紧贴，塔筒摆动会使母排发生相互摩擦，使绝缘材料粉末化，最终会因绝缘层击穿而烧毁。而空气型母线的母排通过绝缘椽子固定，能保证足够的电气间隙。一些国际品牌的产品，内部设计巧妙，可将母排之间的相对位移转化为母排与外壳之间的相对位移，并加入膨胀节的设计，可完全消除X1力矩造成的影响。再者，空气型母线所能耐受的最大载荷（使母线发生永久性形变的最大扭矩）远大于密集型母线，这对消

7、除X2力矩影响也很有帮助。图2弹性支架与力矩分解Y轴、Z轴方向上的力矩会影响母线的直线度，可通过母线各节的分解量进行调节。这要求单节母线的长度不能过长，即因模块化安装所带来的力矩分解在微元长度上存在一个最优的临界值。太长起不到调节作用，太短则使调节量不易控制。经验告诉我们，当母线外壳尺寸为240mmX180mm时，母线在垂直安装下的最长单节长度约为3.2米。总之，要解决塔筒摆动对母线的影响问题，我们可以通过正确选择母线绝缘类型，合理分段，加装膨