海上風(fēng)電用硫化氫氣體監(jiān)測及排除系統(tǒng)（塔基導(dǎo)流系統(tǒng)）

目前海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)主要采用單樁基礎(chǔ)、復(fù)合筒基礎(chǔ)等形式。對于海上單樁基礎(chǔ)來說，其貫入海床后，原有位置的海水及海底淤泥會繼續(xù)留置在基礎(chǔ)內(nèi)部，這些淤泥及水中富含的有機(jī)物質(zhì)長期存在于單樁內(nèi)部密閉空間，在微生物的分解作用下，逐漸腐蝕產(chǎn)生富含以硫化氫氣體為主的混合氣體。單樁基礎(chǔ)與塔筒內(nèi)部雖有基礎(chǔ)平臺分隔，但基礎(chǔ)平臺并不是密封的形式，因此單樁基礎(chǔ)內(nèi)的硫化氫氣體會逐漸溢散至塔筒內(nèi)部空間。

硫化氫氣體能夠直接妨礙肌體對氧的攝取和運(yùn)輸，從而造成細(xì)胞內(nèi)呼吸酶失去活力，造成細(xì)胞缺氧窒息死亡。當(dāng)空氣中的硫化氫氣體濃度為 10～15ppm時(shí)即可使人出現(xiàn)中毒癥狀，GBZ 2.1—2019《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 ：第1部分化學(xué)有害因素》中規(guī)定硫化氫氣體濃為 10mg/m3，即 6.6ppm以下，而部分風(fēng)電機(jī)組中硫化氫濃度如未能及時(shí)處理則可達(dá)到 500ppm甚至更高，嚴(yán)重危害運(yùn)維人員的生命安全。此外，硫化氫氣體對于功率半導(dǎo)體而言，是具有較大威脅的腐蝕性污染物。其中以變流器所受影響最為嚴(yán)重，IGBT模塊在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行期間通常會引起溫度上升，在所施加電壓的作用下，硫化氫氣體會與暴露在空氣中的銅器件發(fā)生反應(yīng)生成硫化銅（CuS）晶體。

硫化銅晶體會使 IGBT開關(guān)受損導(dǎo)致模塊失效，在最壞的情況下甚至?xí)l(fā)短路。此外，也會造成機(jī)組內(nèi)繼電器和接觸器等元器件發(fā)生點(diǎn)蝕，導(dǎo)致接觸不良，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。  

    海上風(fēng)電用硫化氫氣體監(jiān)測及排除系統(tǒng)在監(jiān)測硫化氫氣體濃度的同時(shí)，外接排風(fēng)裝置，將排風(fēng)機(jī)控制回路通過繼電器接入主控系統(tǒng)中，由主控系統(tǒng)檢測硫化氫氣體濃度并控制排風(fēng)機(jī)的啟停，減少了排風(fēng)機(jī)在硫化氫氣體濃度降低后的頻繁運(yùn)轉(zhuǎn)，延長排風(fēng)機(jī)的使用壽命，同時(shí)減少不必要的電量消耗。通過安裝排氣管道及進(jìn)氣管道將基礎(chǔ)底部的硫化氫氣體抽出并引入新鮮空氣，最終使硫化氫濃度達(dá)到治理要求。

圖1 氣體監(jiān)測傳感器

可檢測氣體：

H2S 、CH4（可燃?xì)怏w）、CS2 、SF6

出廠設(shè)置：

注:以上為出廠設(shè)置，可根據(jù)國標(biāo)要求及使用場景據(jù)實(shí)調(diào)整。

技術(shù)參數(shù)：

控制模式：

圖2 控制模式

手動(dòng)、自動(dòng)、定時(shí)、遠(yuǎn)程四種模式，其中本地、定時(shí)、遠(yuǎn)程三種模式可并行使用。

手動(dòng)模式：用于現(xiàn)場手動(dòng)控制旋渦氣泵啟停；

本地模式：傳感器報(bào)警，輸出控制信號控制旋渦氣泵啟停；

定時(shí)模式：基于定時(shí)器控制旋渦氣泵啟停（如 4h 啟動(dòng)+4h 停止）；

遠(yuǎn)程模式：上位機(jī)遠(yuǎn)程控制旋渦氣泵啟停。

圖3 接線定義

現(xiàn)場安裝：

圖4 現(xiàn)場安裝

總結(jié)：

相對于傳統(tǒng)的單一采用抽水、加化學(xué)藥劑等方案，硫化氫氣體監(jiān)測及排除系統(tǒng)（塔基導(dǎo)流系統(tǒng)）不僅可以從根本上治理硫化氫問題，提高機(jī)組安全運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)增加了主控控制功能及遠(yuǎn)程監(jiān)視功能，可以為運(yùn)維人員提供安全保障，大大減少了后期運(yùn)維成本。

未來對于新建風(fēng)電項(xiàng)目，可以考慮設(shè)計(jì)時(shí)在基礎(chǔ)底部增加排風(fēng)管道，利用自然空氣流通將基礎(chǔ)內(nèi)部硫化氫氣體排出，減少設(shè)備投入，達(dá)到降本增效的目的。