用于风力涡轮机监测的光纤

日期:2013-11-15

 
实现可靠的可再生能源
作者:Teo Tichindelean,Molex 公司
过去五年里,在所有新增的发电量中,美国风电行业增加了35%以上,超过了核能和煤炭发电量增长的总和,使得风力发电的成长仅次于天然气开采。
 
风能不仅已经成为非常流行的可再生能源来源,而且也是美国增长最快的能源领域之一。根据美国风能协会(American Wind Energy Association)的数据显示,美国风电行业的累积风电装机容量现在合计为51,630兆瓦,超过40,000台涡轮机在运行中(2012年9月)。在过去五年里,在所有新增的发电量中,美国风电行业增加了35%以上,超过了核能和煤炭发电量增长的总和,使得风力发电的成长仅次于天然气开采。
在美国,风电装机容量如今已达到世界风电装机容量的20%以上。对于美国制造领域来说,新兴的风电行业代表了一个重要的成长市场。超过470个生产设施现正在为风力涡轮机生产零件。与航空航天和军用级产品类似,风力发电机械零件和监测系统需要正常运行并能耐受严苛的环境条件。
 
风能连接性设计挑战
能源行业的所有领域都竞争激烈,而且在较低的经济利润中发展,因此减少停机时间和意外性的维护作业,能够直接转化为生产能力和获利率。风电场业主和经营者都明白经济影响和指定合适设备及稳健网络平台所带来的好处,许多风电场几乎整年每周七天、每日24小时地运行,它们多位于偏僻地区或近海地区,不仅遭受强风,也经常遭受暴雨、降雪、海水喷溅、甚至闪电状况,所有这些状况都突显出独特的工程技术设计挑战。
近海设施对风力涡轮机机械负载和设备需求不断增加,这些地区的极端天气条件、冰冻、闪电和强风速通常会超过内陆风电场。除了由于闪电导致的自然电气浪涌,风力涡轮机中的马达、电力电缆和其它电气零件也会产生高电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)水平。而在离岸或内陆地区,当涉及到设备故障时鲜有廉价的修复服务,因此设备是否容易获得和可靠是同样重要的。
现代风力涡轮机包含了多个系统来监测和控制涡轮机叶片的位置,以便最好地适应风况,比如速度和方向。其它传感器监测涡轮机零件的状态和强度。在风力发电运行中,用于这些和其它用途的传感器特别容易受到电气噪声的干扰,会导致错误的传感器读数。
 
端对端光纤可靠性
在高速和高带宽数据传输和通信应用中进行开发和验证,光纤可以克服这些常见问题,满足对实时监测速度的需求,同时提供比铜质零件更稳定的导体和更好的数据安全性。在涡轮机控制和风电场网络化的环境监测系统中,光纤一般用于风能系统的控制和通信。
高抗拉强度的光纤解决方案基本上成为了风力涡轮机和风电场的首选,因为光纤具有高电压和电流隔离电阻。牢固的光纤易于安装和维护,提供的优越性能远远超过传统铜质电缆技术。当光通过光纤传输时会损失功率,传输的距离越长,损耗越大。借着降低衰减率, 建基于石英(Silica-based)的光纤便可以使传输最大化。耐用的光纤是较短距离风力涡轮发电机控制和功率变换,以及常见于风电场的冗长数据传输流量的理想选择。
用于风力应用的耐用光纤提供了尺寸控制和严格容差,可以承受极端温度、化学和辐射照射。光纤提供了用于端对端(end-to-end)解决方案的良好可裂性。与铜质零件不同,光纤提供了近乎完美的EMI抗扰能力。镀锌光纤可用于保护电气零件,防止闪电损坏或噪声和振动干扰。
典型的风力塔有100米或更高。在风电场上,采集来自多个涡轮机监测系统的数据,利用多模光纤(multimode optical fiber),例如PolyClad 200/230石英硅核心/硬聚合物包层光纤,便可进行远距离传输。PolyClad光纤可提供高抗拉强度和最小弯曲半径,实现超常的可靠性,具有易于剥离的护套,而且兼顾「压接和分裂」(crimp and cleave),确保易于安装和现场重端接。光纤被牢固的轻量电缆包住,提供了出色的抵抗和保护能力,防止严苛的环境气象条件和使用环境造成的损坏。
 

1:光纤结构简介阶跃折射率、低-OH、合成熔融石英硅核心/硬聚合物包层、ETFE护套光纤、PolyClad 200/230光纤针对650nm850nm传输而优化
 
Polymicro Technologies
Molex子公司Polymicro Technologies是世界领先的石英毛细管和特种光纤、以及光纤零件供货商。Polymicro生产熔融石英硅核心、多模光纤、 用于电力输送和中等距离通讯及工业控制。位于美国的Polymicro制造设施按照业界规则和设计标准来生产风能材料和零件,使用严格的质量控制和测试程序来满足全球各地客户营运的性能要求。Polymicro的特种光纤解决方案广泛应用于从西欧到远东的世界各地的风电场。Polymicro与母公司Molex和布线合作伙伴携手合作,提供了一个整体制造解决方案,提供初始零件设计、产品和制程开发、原型设计和批量生产。
www.molex.com
 

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