泸西县云能投风电开发有限公司 云南省红河州 652400
摘 要：目前超声波风速风向仪是当今最先进的风电机组测风传感器，由于它的精度高，可靠性高，寿命长且维护成本相对较低，越来越受到市场的青睐，国内外主流风电机组厂家目前基本选择该类产品，本文介绍该类产品在风电的应用情况。
关键词：声共振式超声波；风速风向仪；测风传感器
0引言
风速风向仪作为风电机组最重要的传感器件，它的准确、可靠性直接决定着风电机组的运行的稳定及发电效率。声共振式超声波传感器无疑具有了这方面良好的性能，无活动器件，无磨损、抗冰冻性能强、防腐性能好、抗风沙性能强、防雷电性能强、防雨水性能好、数据接口多样化、结构紧凑、小巧。
1测量原理
声共振式风传感器通过测量三个呈等边三角形的发送接收单元在共振腔内的声频在3ms内发生反复上百次的反射，将某一个频率的声波激振放大，通过检测声波在三个发射接收单元之间的传播速度，反求出风速的矢量表达，从而求得风速及风向。
2风电机组应用特性
2.1基本参数
加热器可设置在0℃~55℃的范围内，开启时电 源电流可在0.1~6A之间设置。内置三个程控加热元件，每个加热单元都设有热扩散板，这样使加热响应更快，使连接处的加热性能得到了提高。
当风从非水平方向风机时，传感器会利用其测斜流功能轻松测量出流经传感器腔体内的风速。传感器所测风速=水平风速×cos（α）。
2.2长寿命表面保护
表面加工–浸渍聚四氟乙烯的高级阳极处理硬膜。
极低的摩擦系数–表面“无粘性”，易清洁。
抗腐蚀–可用于海洋和近海环境。
抗严酷气候–抗紫外线和所有气候条件的能力。
2.3防雷特性
共振效应增强了信噪比，放大了有效信号，减弱了干扰信号。法拉第笼结构，以及集成的坚固耐用的保护电路，即使在感应到的闪电增至 8kV 1.2/50μs，传感器也将继续工作。风传感器位于风力机保护舱的外部，暴露于高级别的大气电磁干扰，如静电放电和闪电中。抗电磁干扰能力对其至关重要。
2.4防干扰特性
声共振式由于结构设计非常封闭，测试单元受到良好保护，不易受到外界影响，此外，声共振的频率较低，因而波长较长，容易发生衍射现象，同时内部发生漫反射，能有效避免障碍物影响。同时表面不粘涂层及内部荷叶涂层设计使得防水性能强，可承受1800mm/h雨量干扰。
2.4防结冰特性
结构紧凑，易于加热保持温度。对于安装在结冰地区的风机，配备了一个采用高效、恒温控制的“整体”加热系统。由三个元件的加热器（其中一个元件位于传感器顶部，另外两个位于底部）用于确保热能均匀地分布在整个表面，单位加热功率达0.6W/sq cm 。
3风电机组应用实例
3.1安装支架
（1）产品的安装支架需使用高规格铝合金或热浸镀锌钢材质制作。
（2）安装支架的接地需得到保障，以确保产品的外壳可以接入到设备的接地系统中。接地系统中最小横截面积不可少于50
（3）安装支架的配合结构尺寸，请严格参照产品外形尺寸。
（4）产品安装支架上需要有一个通气槽，用于导通风速风向仪的透气孔，为确保传感器内部的压强与大气压强保持一致，在其支撑管内部设计有小透气孔，保证透气孔气道的畅通是极为重要的事情。
（5）产品安装时，使用一组螺钉紧固件组合进行固定，紧固件组合包括M6型号的不锈钢材质内六角螺钉，不锈钢材质平垫圈、不锈钢材质自锁螺母。
（6）紧固件安装力矩请根据所使用紧固件的材料进行设定并控制。
（7）安装前需确保支架的安装面无任何形式的污染（粉尘、锈蚀、油漆等），且与风速风向仪的安装面紧密接触，无未接触或部分接触的情况。
（8）产品安装面上要涂抹一层导电膏，厚度＜0.2mm。
3.2直接雷击防护
（1）风速风向仪安装位置，需设计在防雷保护区域内，即在任何情况下，风速风向仪都不可以受到直接雷击。
（2）避雷针须通过横截面不小于50的金属部件直接接地，所有接地线的长度须保持在最短，这样可为接地提供尽可能低的抗阻路径。
（3）使用热浸镀锌钢或铝合金材质的避雷针，用于防腐并确保低抗阻接地。
（4）避雷针到风速风向仪的最小距离需≥20cm。
3.3电磁干扰防护
（1）连接最好使用结构性钢部件进行，或使用横截面不小于50的铜电线进行替代。
（2）所有的屏蔽导管必须在两点进行适当的连接终端设置。
（3）屏蔽电缆须使用机箱壁上的EMC电缆密封压盖进行终端连接或使用电缆夹具与机箱底座直接相连接。
（4）机箱底座须直接接地。
（5）风速风向仪的连接线路上，需设计加装浪涌保护器(SPD)，以避免因线路中出现过压时，对风速风向仪造成损害。
4结语
声共振传感器具备超声波传感器的全部优点，同时由于体积小巧及外壳经过防腐处理，在海洋环境中的使用寿命远远长于其他类型测风仪器，已广泛应用于全球海上风机，未来将继续推动风电行业更加稳定和快速的发展。
参考文献
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陈棋 罗勇水 刘伟江 周民强．风电机组抗冰冻设计．装备环境工程．2013(5)32-35.
论文作者:汤进能
论文发表刊物:《科技新时代》2019年9期
论文发表时间:2019/11/20
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