浅谈风电场光网络自愈环网的构建

浅谈风电场光网络自愈环网的构建单位作者日期摘要随着近年来大规模风电基地的建设不断加快，200MW以上的大规模风电场数量急剧增加。这种大规模的风电场往往都有100台以上的风电机组，而随着现场总线技术和光通信技术在工业领域中日渐成熟地运用，光纤通信成了风电场中控监视风电机组运行参数、控制风电机组运行状态的信号载体。本文取了两种风电场常见的光网络自愈环网的架构进行比较、分析，目的是为了给风电场光网络探寻一套稳定、可靠的自愈环网结构。关键词：光通信技术自愈环网AbstractRecentyears,withtheconstructionoflargescalewindbase,acceleratingthelarge-scalewindfarmnumbermorethan200mwhasincreaseddramatically.Thislarge-scalewindfarmtendtohavemorethan100setsofthewindgenerator,andwiththefieldbustechnologyandopticalcommunicationtechnologyinindustrialfieldtousetomature,opticalcommunicationsbecamethewindgeneratorcontrolsurveillancewindpower.atthewindgeneratoroperatingparameters,controlofrunningstatusofsignalcarrier.Thisarticletooktwokindofwindfarmcommonopticalnetworkself-healingringnetworkarchitecturecomparisonandanalysis,thepurposeistogivewindfarmofopticalnetworkexploresastableandreliableself-healingringnetstructure.Keyword：Opticalcommunicationtechnology.Self-healingringnetstructure.一、风电场风机的地理分布以一个地处III类风资源区、装机容量为200MW、单机容量为1.5MW的风电场为例。III类风资源区的风电机组轮毂中心区高度一般为65-70m，叶片直径为77-82m。如该风电场机组选型为轮毂中心处高度为70m，叶片直径为82m，风电场盛行风向为东风。则根据风电场选址及排列布置原则，可设计风电场风机布置如下图：5d10d注：d为叶轮直径E由风机排列图可知：1.5MW风机的横向间距一般为410米，而200MW容量的风电场有134台风电机组，一般取10-12台风电机组组成一条集电线路，同时组成一条用于监视和控制风机的光通信网络。考虑到光缆的余量和不同线路到风电场中控室的距离，一条光通信网络的光缆的长度最少也在6000m左右，有的时候甚至可以达到10000m以上。加上适宜建设风电场的地区往往都伴随着恶劣的自然环境和天气，所以选择可靠的光缆型号、合理的敷设方式、稳定的环网结构是风电场实现集中控制的基础。二、风电场光缆的选型和敷设方式根据前面设定的风电场的布局，以一回集电线路的风机为例，设计其光缆敷设图如下：在风机间和集电线路间选择适用于架空敷设的全介质自承式光缆（ADSS光缆），在集电线路引下线至中控室之间选择适用于直埋、防潮的双重护套层绞式（铠装）（GYTFA53光缆）。根据风电场的实际情况和从经济、实用的角度出发，光缆选择单模8芯，正常情况下只需用到2-4芯，余量作为备用芯使用。三、风电场光网络自愈环网的结构及比较根据前面所述的光缆的选型，选出下图所示两种环网结构：1、首尾环如图所示，将8芯光缆一次编号1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#芯，将1-4芯在风机内熔出尾纤接头，这样一台风机内就有8个可用于交换机对接的接头。将5-8芯直接在风机内两两对熔，直至在最后一台风机内熔出尾纤接头。选择单芯收发的RS485总线自愈环数据光端机，这样就可以在1#—10#风机的光端机上接1#芯的尾纤接头，11#风机的光端机上接1#、5#芯的尾纤接头，中控室的光端机上也接入1#、5#芯的尾纤接头，如此就形成了一个首尾相连的自愈环网。2#—4#芯，6#—8#芯作为备用芯使用。这种结构的环网只有在首尾两台风机（即1#风机、11#风机）的光端机都失电或发生故障时，才会造成整个环网失效，而单个风机失电或光端机故障时，不会对风机通信造成影响。多个风机失电或光端机故障时，如2#风机、4#风机失电或光端机故障时，也只会影响3#风机的通信，其他风机没有影响。处理办法：发生此类故障时，将连在光端机上的尾纤接头拔出，用尾纤法兰对接，如此就相当于将故障的风机短路，重新恢复环网。2、跳环如图所示第二种环网结构，将8芯光缆依次编号1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#芯，每根芯都在风机内熔出尾纤头。选择单芯发、单芯收的RS485总线自愈环数据光端机，这样，用1#芯、2#芯的尾纤接头接入2#、4#、6#、8#风机光端机的光纤接口（注意收发顺序），3#、4#芯分别按芯号用尾纤法兰对接；用3#、4#芯的尾纤接头接入1#、3#、5#、7#、9#风机光端机的光纤接口（注意收发顺序），1#、2#芯分别按芯号用尾纤法兰对接；在10#风机（最末端的一台）接入1#、2#、3#、4#芯的尾纤接头（注意收发顺序），中控室的光端机上也接入1#、2#、3#、4#芯的尾纤接头（注意收发顺序），如此就形成了一个跳式的自愈型环网。这种结构的环网在连续两台风机的光端机都失电或发生故障时，就会造成后续风机的通信阻断。如4#、5#风机的光端机都失电或发生故障时，6#-10#风机的通信也都会同时阻断。处理办法：发生此类故障时，将连在光端机上的尾纤接头拔出，按收发顺序用尾纤法兰对接，如此就相当于将故障的风机短路，重新恢复环网。3、两种自愈环网结构的对比从可靠性来讲，第一种环网结构更加可靠，但由于5#-8#芯需要在每台风机内都要进行一次对熔，熔接点过多会造成光衰减的增多，在施工工艺不达标或是工作环境太恶劣的情况下，反而会造成环网结构的实效。对于第二种环网结构，虽然其环网实效的故障率可能会更高，但如果故障发现及时，迅速用危险法兰盘短路故障风机，也能迅速恢复环网结构。对于风电场在选择环网结构的时候，笔者本人更推荐第一种环网结构，但要求建设方在搭建结构之初，就要做好对施工工艺的监管工作，同时，选择适合当地自然环境的光纤接续盒，以保护熔接点。同时，定期对光纤进行光衰减检测，以保障环网的畅通。四、风电场光网络自愈环网搭建时还需注意的问题1、光端机的选择目前风电场的RS485总线自愈环数据光端机大都选择的是经济型工业以太网交换机，这种类型的交换机价格低廉、运行可靠。但由于国内工业以太网市场鱼龙混杂，不少品牌都存在虚假不实和夸大性能的宣传。对该系列产品不熟悉的用户很难选择到真正优质可靠而又性价比合适的产品，不当的选择可能会给系统带来很大的安全隐患及维护成本，希望建设方选择时一定谨慎，避免因为产品质量问题造成事故。2、光缆的敷设工艺光缆的敷设是保证风电场风机通信畅通的重要前提，如因施工原因造成光缆弯曲甚至断裂而导致风机通信终端，对自动化程度要求越来越高的风电场来说，将会造成不可估量的损失，因此，做好敷设工艺的监管是保证风电场安全、稳定运行的重要保证。3、结束语以上只是笔者对风电场光网络自愈环网构建的一定浅见，希望借此抛砖引玉，以期有专业人士不吝赐教，为风电场搭建出更加稳定、可靠的自愈环网结构。