风力涡轮机安全措施的符合标准的测试

风力涡轮机安全措施的符合标准的测试

在未来，风能发电也将为能源革命做出贡献。因此，风力涡轮机的运行安全至关重要。专业的测试技术确保扩展该技术所需的大量投资得到回报，并确保保险公司所需的可靠性在其整个使用寿命内得到保留。

2017 年，整个欧盟从风能、太阳能和生物质能中获得的电力首次超过了半无烟煤和褐煤。与此同时，可再生能源占所有发电量的 30%。

2017 年，可再生能源的发电量超过 2170 亿千瓦时，相对于传统能源，可再生能源的领先优势进一步增加。风能、太阳能、生物质能、水能和其他可再生能源满足了德国 36% 的能源需求，风力发电量的急剧增长对此做出了决定性的贡献。陆上和海上风电发电量超过 1030 亿千瓦时，总功率超过 5500 兆瓦的新型风力涡轮机并网发电。风电场的布局可以使用数十年，必须确保可靠的长期运行性能。未被发现的损坏可能会产生严重后果，直至系统完全失效，例如，如果有缺陷的涡轮机导致短路并导致机舱起火，机舱平均安装在 120 米的高度。

技术测试挑战

测试这些系统的额外挑战是由于技术电气元件的增加，这些元件可以在大于 400 V 的电压下运行，这是大部分公共供电网络的普遍水平。带有变频器和新型大功率发电机的合适解决方案使从 400 V AC 到 690 V AC 的过渡对风力发电具有吸引力，尤其是对于标称功率为 600 kW 的系统。由于在较高电压水平下能量损失减少，因此可以显著提高效率，同时降低布线和运营成本。

测试技术必须通过使用能够可靠地处理符合标准的低压范围内所有必需的测量的仪器来公正地应对这一发展。作为迄今为止市场上唯一的供应商，测量技术专家 Gossen Metrawatt 开发了一种测试仪器，有史以来第一次可以在 690 V AC 和 800 V DC 网络中进行测试。由于标准版本的 PROFITEST PRIME 也可以测量高达 1000 V AC / 1000 V DC 的电压，因此除了控制柜、机器和工业系统外，只需一台仪器即可测试光伏系统和风力涡轮机的安全性。

法律和规范要求

根据德国职业安全法 （BetrSichV），作为封闭电气服务地点运营的发电系统必须根据德国公共事故保险 （DGUV） 规定的要求进行电气安全测试。根据 DGUV 法规 3，对因环境温度、灰尘、湿度和其他类似环境影响而受到正常应力的电气系统和固定作设备进行的两次测试之间的间隔不应超过四年。测试必须由系统的运营公司安排，必须在合格电工的指导和监督下进行，电工证明系统在初始启动前以及任何修改或维修后处于良好的工作状态。

2005 年通过的德国能源法第 6 部分规定了能源供应的安全性和可靠性要求 （EnWG， 2005）。该法律第 49 节规定，能源系统的设置和运行必须按照公认的作规范进行，这些规范在 VDE 对发电、输电和放电的要求中列为示例。这包括 VDE 0140 系列标准中的防触电和电流对人类和牲畜的影响，以及 VDE 100 系列标准中电气设备、开关设备和控制设备的选择和安装，以及接地系统、保护导体和防触电保护措施。此外，还根据 DIN EN 60204-1 （VDE 0113-1） 标准对机器进行安全测试，根据 DIN EN 62305-3（VDE 0185-305-3，补充表 3）对防雷系统进行测试。确切的测试范围由负责的电工指定，例如根据 2015 年通过的德国职业安全法第 3 节进行的危险评估。

计量测试

保护措施的测试从一般的目视检查开始，在此期间检查所有电缆的类型和铺设是否正确，并检查电气元件是否安装牢固，以及连接、标签和尺寸是否正确。随后是保护措施的有效性测试和功能测试。必须使用经批准的测量仪器，用于测试、测量或监测高达 1000 V AC 的低压系统中的保护措施，以确保根据 DIN EN 61557/VDE 0413 进行可靠的测量。为了保护检查员，只能使用根据其测量类别适合于 IEC 61010-1 的相应应用的仪器。在初始测试过程中，必须检查并记录所有测量点，以便对电气系统进行全面检查，验证是否符合标准进行安装，并在适用的情况下确定任何安装错误。定期测试用于验证被检查的系统（包括任何修改）是否处于安全工作状态，并检测任何作。核心测试任务包括：

1. 电压和相序的测量
用于验证电气系统的功能安全。必须确保熔断器以及单极控制和保护装置仅连接到相导体，并且电缆和电线已正确连接到电气作设备。如果需要，必须在初始启动前检查系统的输入电压极性。

2. 电缆和保护导体的连续性测量
通过对保护导体、等电位连接导体和导电部件（如适用）进行电阻测试，以验证是否符合分断要求和自动关闭电源。测量 PE 端子和所有相关点之间的每个保护导体系统的电阻，这些点是每个保护导体系统的一部分。由于用于测试的安培数应足够小，以排除任何火灾或爆炸的危险，因此使用至少 0.2 A 至大约 10 A 的电流测量电阻。如果测量仪器根据相应保护导体的长度读出合适的值，则认为验证成功， 截面和材料。没有指定最大允许电阻值，但测量值不应超过导体电阻，该电阻对应于电缆长度加上通常的接触电阻。以下参考值和经验值适用：保护导体系统< 1.0 Ω，等电位连接导体< 0.1 Ω。综合电气安规测试仪PROFITEST PRIME 可以使用各种测试电流进行测量。此外，对于长度达 70 m、电缆横截面为 2 x 0.5 sq. mm 的电缆，可使用 200 mA 进行 4 线测量，并具有自动极性反转功能。

3. 绝缘电阻测量
为了验证良好的工作状态和在新安装或批准电气系统的情况下是否履行承诺的性能。良好的绝缘电阻保证了电气系统的安全、高效、无损耗运行，同时是预防火灾的有效手段。绝缘测量在无电压状态下进行，通常在系统的电源点进行。如果测量值小于规定值，则可以将系统细分为单独的电路组，以便测量每个组的绝缘电阻。如果电路或电路部分被中断所有有源导体的欠压保护装置关闭，则单独测量这些电路或电路部分的绝缘电阻。在测试过程中，在电源电路导体和保护导体系统之间测得的 500 V DC 绝缘电阻不得小于 1 MΩ。对于电气设备的某些部分，如母线、集电极线系统或滑环组件，允许使用较低的最小值，但不得超过 50 kΩ。

必须断开任何受测试影响或在测试过程中可能损坏的电涌保护装置或电气设备。电容式消耗设备必须在测量后放电（IEC 61010，第 1 部分）。

4. 测量内部系统电阻和回路电阻
使用适用于根据 IEC 61557-3 测量故障回路阻抗的测试仪器。在执行此测量之前，需要进行电气连续性测试，并且在评估测量值时必须考虑 ±30% 的总体误差。使用 PROFITEST PRIME 可对内部线路电阻 Z L-N 以及回路电阻 Z L-PE 进行高达 690 V 和高测试电流电流的测量，而不会对 A、F 和 B 型 RCD 进行跳闸。这些测量方法用于计算短路电流，以测试过流保护装置的关断。为了使过流保护装置及时跳闸，短路电流必须大于跳闸电流。在自动计算短路电流和必须遵守的极限值后，检查器可以访问最小短路电流显示值的表格概览，以便通过按下帮助键来确定各种熔断器和开关的额定电流。当电源电压波动时，PROFITEST PRIME 会自动进行多次故障回路阻抗测量并生成平均值。

5. RCD 的测试
根据 DIN VDE 0100-530“低压装置的架设 - 第 530 部分：电气设备的选择和安装——开关设备和控制装置”，第 531 节，必须安装该装置以防止触电、关闭电源和防止火灾。对于带有电子作设备的电气系统，可以预期剩余电流平稳，允许使用 B 型或 B+ 型 RCD 通过自动断开进行保护。A、AC、F、EV、B、B+ 和 MI 型 RCD 的测试是通过跳闸电流和跳闸时间进行的。跳闸电流通过上升的剩余电流进行验证，剩余电流必须在 IΔN 的 50% 至 100% 范围内（通常约为 70%）。通过在 RCD 下游产生故障电流，必须确定 RCD 是否在达到其标称故障电流值时跳闸，以及是否不超过为相应系统商定的连续允许接触电压值。


审核编辑 黄宇