传感器加强风电设备可靠性———传感器加强风电设备可靠性

丹麦是现代风力发电技术的发源地。丹麦的第一批风力发电机内就安装有Parker公司的组件，包括压力存储器、软管、耦合器、管配件、阀门、特种液压气缸、液压泵以及过滤器等。这些都属于Parker公司的“风力涡轮发电机产品目录”，而更重要的是其采用了Parker的压力和温度传感器测量技术装备。以下一些组件就将系统或单独利用压力和温度传感器测量技术装备进行监控。
  （1）制动系统。作为安全和售后服务停机切断的Park制动装置，也可用于降低转数的制动，使发电机能够在最佳范围内运行。
  （2）导向调节装置。将转子叶片调整并保持在向风的最佳位置。
  （3）转子叶片调节单元。通过调节转子叶片的倾角，达到尽可能好的效率以及最佳的转数。
  （4）液压成套机组是上述组件的驱动装置。
         这4个系统必须能够在一个相当长的时期内绝对可靠且免维护地工作，以保证整套设备的安全和经济效益，获得更好的结果。这就是设备制造商必须采用经过相互协调的系统的原因所在。
  一站式液压设备
        尽管“文件上”规定只能采用DIN组件组装成液压系统，可是如果一家供货商不具备相应的加工深度，就不能保证其提供的系统总能达到最佳配置，因为他不可能总是针对其面临的任务对组件做出最好的选择。而零配件供应商就不同，其可以用本公司研发、制造和检验的组件组装成套液压系统，可以随时利用自己的灵活性，按照针对专项任务所作的最佳设计将单个组件组装成整套系统。而前提就是要求该供应商对所有必要的液压组件都具有足够的加工深度。
         Parker公司的设计师和研发人员，可以在包含各类组件约850页的液压产品报价目录中选择设备所需要的液压元件。他们可以选择由唯一一家制造商制造的经过相互协调的组件，而不必做出折中。对于风力发电设备制造厂家来说，在做订单决策时最重要的是选择一家能够对整套液压系统负责的合作伙伴。
  关于“售后服务”
        谁负责什么事？这就像在厨房中一样，许多厨师会把一锅粥彻底做坏。在液压设备的设计中也同样如此，即使惟一一根软管在安装时出现问题，都可能会导致近海风力发电站昂贵的螺旋桨芯失灵。
         负责Parker公司Senso Control业务部的Juergen Seiler先生当然希望利用Parker的产品挣钱，而不是通过保修“毁灭”它。“在中标之前我们就已经考虑了保修情况，能够提供更多更全面的服务。” 几十年来作为系统提供商Parker公司积累了很多风力发电设备方面的液压知识。而这也令Parker拥有了巨大的能力，可为世界各地的风力发电站提供服务，无论它多么偏远。现在Parker公司已经成为市场领先的风力发电设备制造厂家的供货商。对于其他大多数液压设备提供商来说尚属新鲜技术的产品，在Parker公司则是自已研发的。“监控传感器也包含于我们的产品目录包中。”
  特殊设计的压力传感器
        尽管SCP微型压力传感器上市才两年，但是，目前仅是用于风力发电设备的这种传感器的交货量就已经达到了数千只。Juergen Seiler骄傲地表示：“该传感器市场的成功并非偶然。此传感器可保证24个月中零失灵。这种价格稍高但非常结实的传感器所采用的是浇铸方案。SCP-Mini的高精度配有非常好的温度特性，此外还有‘德国制造’的高质量标准和高生产率作保障，所有这一切综合在一起，让这种绝对可靠的传感器产品的极高性价比成为可能。这就是该传感器在市场上大获成功的原因所在。”
         SCP微型压力传感器之所以能够如此坚固耐用，其原因绝不仅止于Parker公司员工对质量的精心设计和专门针对风力发电设备的使用条件进行的调整。该传感器外壳采用金属制成，传感器则浇铸在其里面（如图1）。这样就真正达到了传感器结实耐用的目的。由于风力发电机不只是在纬度上运行，而且还要在荒芜的沙漠地区或者北极地区运行，为其提供能源，因而即便是在极端条件下也必须要保证其准确性。
   
  
图1  以浇铸方式制造的用于风力发电设备的坚固耐用的SCP压力传感器
   
         正是部分极端的温度波动使得“未加保护的”传感器面临麻烦，产生错误的测量值，甚至造成电子测量点的完全瘫痪。其原因在于一旦水蒸汽饱和的空气在露点以下冷却，就会发生冷凝，产生水蒸汽和液态水之间的转变，受此影响的是露天竖立的整个设备，而结果是传感器上和传感器内部都受潮了。只有采用昂贵的浇铸SCP压力传感器电子装置，潮气才不会侵入，所以，潮气也不可能改变传感器的特征值，也就不会导致传感器的测量值发生偏差。无论是根据IEC 68-2-33测量时还是在实际使用中，传感器的零点稳定性和整体精度均始终保持在规定范围内。
  风力发电设备中用于液压装置监控的测量盒
         Parker 的SensoControl部为诊断和测量提供了全面的标准产品目录。在深入研究了一家领先的风力发电设备制造商的要求和愿望之后，Parker公司作为OEM贴牌供货商研发了一种测量盒（如图2）。该测量装置作为诊断系统在使用中非常成功。
   
  
图2  用于液压系统的手工测量系统也采用了压力传感器
   
           在售后服务的测量范围内，“Serviceman”（如图3）可以测试整个液压系统的性能。“Serviceman”的传感器和电子设备是经过相互平衡的，可以保证得到准确的测量数据。售后服务技术人员利用这种工具来补充（并且监控）风力发电设备的现场诊断功能。
   
  
图3  维修技术人员使用的精确监控系统Serviceman
   
        除了压力、压差、峰值压力（达100MPa）及温度外，Serviceman的测量系统还能采集液压设备中的流量和转数（其也在气动系统中工作）。不依靠电网的运行方式省掉了寻找电源的麻烦，为Serviceman在高高的风力发电设备塔架上提供了理想的自由度。在没有测量任务的情况下，监控测量设备运行超过15min，Serviceman就会令其在保存数据的同时自行停机，以节约电池。测量数据被记录在仪器中，并通过电脑软件包来传输数据。数据的保存采用Excel格式，可以Windows兼容的标准软件进行分析。
         这种SensoControl系列的测量仪器配有自动传感器识别装置，因而不再需要进行耗时费力的手工调整工作。仪器自动校准测量范围，可在清晰可读的显示屏上显示出来。
Serviceman拥有两个传感器输入端和PC接口，通过按键进行压差测量，可以快速进行额定值与实际值之间的比较。实施检验任务时，诊断适配器负责迅速将压力传感器同随机提供的耦合器简单地连接起来即可进行测量。
  具有高精度的结实可靠的伴随者
         Serviceman的突出特点是具有很高的精度。如内置的SCP T系列压力传感器，其精度相当于受检物自身精度的5倍，也就是说，当压力传感器的精度设计为测量值的1%时，测量单元的精度为0.2%。但是只有在传感器到电子装置之间做过零点校准的情况下，这一点才有可能实现。为此就需要有高度精密的校准系统以及Bielefeld工厂耗时费力的校准过程。
          Serviceman是专门为严苛的售后服务而研制的。该系统制作精巧，为在越野道路和森林中的道路上的运输做好了一切准备。耐冲击的ABS机壳包有橡胶外套，防潮保护符合IP 54等级的规定。在所有常见气候条件下，Serviceman都可以在售后服务技术人员的汽车上使用。测量系统可以承受-20~60℃的仓库温度，且不会受损。现在VESTAS的服务工程师和技术人员已经离不开Serviceman了。
   
   
  风力发电的简短历史
          La Cour是一位丹麦的气象学家，他是利用风力发电的先驱之一。115年前，他不仅制造了风暴，而且还将这种风暴以H2的形式存储起来，在无风期内为学校提供照明。1920年Albert Betz提出，因物理条件所限，风能的可利用率最大为59.3%，他提出的发电机风轮叶片造型的理论今天依然是设计风力设备的基础。
          第一次世界大战前，丹麦制造出了数十台小型风力发电设备，其功率为25kW，转子叶片直径约为10m。可是不久后煤炭发电代替了风力发电。1973年第一次石油危机震醒了人们对风力发电机的记忆。世界级的企业如Boeing、Lockheed以及Siemens等都开始从事现代风力涡轮发电机的制造。
          1980年代初，这项“丹麦方案”得到了推广。同许多试验设备相反，丹麦人首开先河，在一家农业机器制造厂采用了如今普遍使用的水平旋转轴和三个转子叶片的简单结构。结果证明该设备非常坚实，所以其尺寸也变得越来越大。1980年，当加利福尼亚开始了一项大型风力方案时，丹麦向美国的出口开始暴涨。