潮流能发电机组控制技术及电气控制柜布局、布线的分析和应用
（国电联合动力技术（保定）有限公司，河北 保定 071000）
摘 要：目前我国对潮流能发电装置的研制已经进行了多年，潮流能发电机组一般由叶轮系统、机械传动系统、电气系统、密封系统、腐蚀防护系统、监控系统等组成。电气系统是由各系统电气执行机构及电气控制柜组成，电气控制柜根据功能分为变流器柜、变压器柜、主控柜、尾舱接线端子箱、变桨控制柜。
关键词：潮流能发电；机组；控制柜布局；控制技术；分析；应用潮流能机组高可靠性研究技术尤其是控制技术贯穿于机组设计制造的各个方面，不仅保证了机组的稳定运行，更加保证了机组的安全性。但是主控柜内电气元件在潮湿环境中容易出现故障，维护检修时需要将潮流能发电机组提升至海面以上进行维护，维护成本高。鉴于此，本文介绍了一种潮流能发电机组控制技术及电气控制柜布局、布线方案，并且做了详细的介绍。以供参考。
1 潮流能发电机组结构及工作原理
海洋潮流能是指海水流动的动能，主要指海底水道和海峡中较为稳定的海水流动以及由于海洋潮汐导致的有规律的海水流动所产生的能量。海洋潮流能是海洋能的重要组成部分，是绿色可能源重要的新生力量。利用海洋潮流能进行发电，正在世界范围内得到大力发展。
潮流能发电机组由叶轮系统、机械传动系统、电气系统、控制系统、密封系统、腐蚀防护系统、监控系统等组成。其中，叶轮系统由叶片与轮毂组成，捕获海洋潮流的动能转换成机械能；通过主轴、齿轮箱与联轴器舱组成的传动系统传递能量；经过发电机转化为电能，通过海缆护管与海平面以上的变流器、变压器及控制柜等连接；控制系统实现机组启动、发电、停机过程的安全运行；密封系统阻止海水泄露进入机组内部；腐蚀防护系统阻止、减弱海水对机组金属结构的腐蚀破坏；监控系统对机组运行状态进行远程监控、数据记录和储存。
2 潮流能发电机组控制技术及电气控制柜布局、布线2.1 潮流能发电机组控制技术潮流能机组高可靠性研究技术贯穿于机组设计制造的各个方面：
电动变桨技术，实现了双向海流能量的高效捕获，增加满功率发电时间，提高机组安全性；变桨控制柜通过滑环与主控柜电连接并实现通讯功能，变桨控制柜将采集到的信息通过 CAN 通讯反馈给主控柜内 PLC，主控柜内 PLC 将命令通过 CAN 通讯输送给变桨控制柜。
主控柜除了实现与变桨系统供电、通讯，还实现与机舱内的齿轮箱、发电机等各执行机构供电、信号采集及反馈等功能。
整体密封及水下视频监控技术，保障机组的安全运行，提高了机组的可靠性。整体密封系统中的检测传感组件的作用是一旦有海水泄漏的情况发生，传感器就会发出相应的报警信号，警示及时采取相应措施，保护发电机组不受损坏或损坏程度达到最低程度。在潮流能机组轮毂、中间舱及尾部接线舱三处关键部位设置视频监控，24 小时不间断观察机组内部的情况，对于发生的危险情况及时处理。密封及水下视频监控系统的应用，大大提高了机组的可靠性。
主要电气元件以及传输信号的冗余设计，提高了机组的可靠性。
多层安全系统防护，不同优先级级别的安全链路，用于采集系统中不同级别的安全事件。多级安全链路包括：人员级别安全链路、变流器级别安全链路、机组级别安全链路，以及环境级别安全链路。人员级别安全事件的优先级高于变流器级别安全事件，变流器级别安全事件的优先级高于机组级别安全事件，机组级别安全事件的优先级高于环境级别安全事件。安全链的保护按严重程度需求分级，保障机组能对报警做出最稳妥的响应，进行分级、自锁和冗余处理，全面提升安全链的可靠性。
智能停机以及智能控制技术的应用，降低了机组运行故障可能性，提高了机组的可靠性。潮流能机组平台设置有急停装置、复位开关等，其中平台急停装置、安全链继电器触点和复位开关分别串联接入安全保护模块。
2.2 潮流能发电机组电气控制柜布局及布线
考虑到潮流能发电机组工作在水下，一方面对密封要求很严格，另一方面维修时必须将其拉出水面，维修成本较高，因此变流器柜、变压器柜及主控制柜并没有放在潮流能发电机组里面一起置于水下，而是放置在水上平台的电气密封舱里。请参照附图 1：潮流能机组系统布局图。
附图 1：潮流能机组系统布局图。
水上平台是为潮流能机组检修和维护而设计的漂浮式平台。水上平台的电气密封舱具有防止海水、雨水渗入功能，防止电气控制柜内电气元件受海水腐蚀，保证了潮流能发电装置能够长期稳定运行。我们在水上平台的电气密封舱里安装有两条电缆布线桥架，变流器柜、变压器柜及主控柜的动力电缆走一条布线桥架，信号电缆走另外一条布线桥架，这样可以防止信号干扰。
由于电缆本身不能抵抗波浪、潮流的长期作用，需设置保护管加以保护。因此水上平台变流器柜、变压器柜、及主控柜的电缆要通过海缆护管接到水下潮流能发电机组的尾舱中。尾舱内部有接线端子箱、滑环，发电机紧挨着尾舱。通过海缆护管下来的电缆一部分接到尾舱内部的接线端子箱，一部分接到滑环上，还有一部分接到发电机上。
尾舱内接线端子箱中端子上口接水上平台主控柜的电缆，下口接潮流能发电机组各个执行机构的电缆，比如：齿轮箱、发电机、刹车系统等的供电及信号电缆。
滑环的一端接水上平台主控柜的电缆，另一端接轮毂内变桨控制柜的电缆。
水上平台变流器柜、变压器柜、主控柜的动力电缆直接接到发电机相应的接线端子箱中。
这样就实现了变流器柜、变压器柜、主控柜与水下潮流能发电机组的供电与通信功能。
3 潮流能发电机组的前景
我国潮流资源丰富。近海具有宽广的大陆架，渤海、黄海、东海的海洋环流系统包括黑潮、台湾暖流、对马暖流、济州暖流、黄海暖流、长江冲淡水、苏北近海流、闵浙近海流等。我国已经进行了 3 次较大规模的潮流能资源调查：1986 年开展的沿海农村海洋能资源区划；2004 年启动的“我国近海海洋综合调查与评价”，即“908 专项”；2010年财政部“海洋可再生能源专项资金项目”。我国近海主要水道的潮流能资源潜在量约为 833 万千瓦，技术可开发装机容量约为 166 万千瓦。
潮流能发电机组将成为绿色无污染的新能源主力军。
4 结束语
本文中将故障率较高的变流器柜、变压器柜及主控柜放置在水上平台密封舱里，通过海缆护管给水下潮流能发电机组供电与通信，不仅节约了维修成本、保证了机组密封性。另一方面电缆通过海缆护管到水下潮流能发电机组，防止了电缆受海水侵蚀。
参考文献：
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[2]巩冰，朱丽娟，游江.海洋潮流能发电系统的控制技术研究[J].电测与仪表，2010，47(8)：36-40.
