風力渦輪機安全措施的符合標準的測試

在未來，風能發電也將為能源革命做出貢獻。因此，風力渦輪機的運行安全至關重要。專業的測試技術確保擴展該技術所需的大量投資得到回報，并確保保險公司所需的可靠性在其整個使用壽命內得到保留。

2017 年，整個歐盟從風能、太陽能和生物質能中獲得的電力首次超過了半無煙煤和褐煤。與此同時，可再生能源占所有發電量的 30%。

圖 1：2017 年德國總發電量（TWh），初步數據，在一定程度上估計，**可再生能源份額，修訂水平：2018 © 年 2 月 AG Energiebilanzen，來源：BMWi

來源：BMWi （https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Infografiken/Energie/anteil-erneuerbarer-energien-steigt.html），修訂級別：2018

2017 年，可再生能源的發電量超過 2170 億千瓦時，相對于傳統能源，可再生能源的領先優勢進一步增加。風能、太陽能、生物質能、水能和其他可再生能源滿足了德國 36% 的能源需求，風力發電量的急劇增長對此做出了決定性的貢獻。陸上和海上風電發電量超過 1030 億千瓦時，總功率超過 5500 兆瓦的新型風力渦輪機并網發電。風電場的布局可以使用數十年，必須確保可靠的長期運行性能。未被發現的損壞可能會產生嚴重后果，直至系統完全失效，例如，如果有缺陷的渦輪機導致短路并導致機艙起火，機艙平均安裝在 120 米的高度。

技術測試挑戰

測試這些系統的額外挑戰是由于技術電氣元件的增加，這些元件可以在大于 400 V 的電壓下運行，這是大部分公共供電網絡的普遍水平。帶有變頻器和新型大功率發電機的合適解決方案使從 400 V AC 到 690 V AC 的過渡對風力發電具有吸引力，尤其是對于標稱功率為 600 kW 的系統。由于在較高電壓水平下能量損失減少，因此可以顯著提高效率，同時降低布線和運營成本。

測試技術必須通過使用能夠可靠地處理符合標準的低壓范圍內所有必需的測量的儀器來公正地應對這一發展。作為迄今為止市場上唯一的供應商，測量技術專家 Gossen Metrawatt 開發了一種測試儀器，有史以來第一次可以在 690 V AC 和 800 V DC 網絡中進行測試。由于標準版本的 PROFITEST PRIME 也可以測量高達 1000 V AC / 1000 V DC 的電壓，因此除了控制柜、機器和工業系統外，只需一臺儀器即可測試光伏系統和風力渦輪機的安全性。

法律和規范要求

根據德國職業安全法 （BetrSichV），作為封閉電氣服務地點運營的發電系統必須根據德國公共事故保險 （DGUV） 規定的要求進行電氣安全測試。根據 DGUV 法規 3，對因環境溫度、灰塵、濕度和其他類似環境影響而受到正常應力的電氣系統和固定作設備進行的兩次測試之間的間隔不應超過四年。測試必須由系統的運營公司安排，必須在合格電工的指導和監督下進行，電工證明系統在初始啟動前以及任何修改或維修后處于良好的工作狀態。

2005 年通過的德國能源法第 6 部分規定了能源供應的安全性和可靠性要求 （EnWG， 2005）。該法律第 49 節規定，能源系統的設置和運行必須按照公認的作規范進行，這些規范在 VDE 對發電、輸電和放電的要求中列為示例。這包括 VDE 0140 系列標準中的防觸電和電流對人類和牲畜的影響，以及 VDE 100 系列標準中電氣設備、開關設備和控制設備的選擇和安裝，以及接地系統、保護導體和防觸電保護措施。此外，還根據 DIN EN 60204-1 （VDE 0113-1） 標準對機器進行安全測試，根據 DIN EN 62305-3（VDE 0185-305-3，補充表 3）對防雷系統進行測試。確切的測試范圍由負責的電工指定，例如根據 2015 年通過的德國職業安全法第 3 節進行的危險評估。

計量測試

保護措施的測試從一般的目視檢查開始，在此期間檢查所有電纜的類型和鋪設是否正確，并檢查電氣元件是否安裝牢固，以及連接、標簽和尺寸是否正確。隨后是保護措施的有效性測試和功能測試。必須使用經批準的測量儀器，用于測試、測量或監測高達 1000 V AC 的低壓系統中的保護措施，以確保根據 DIN EN 61557/VDE 0413 進行可靠的測量。為了保護檢查員，只能使用根據其測量類別適合于 IEC 61010-1 的相應應用的儀器。在初始測試過程中，必須檢查并記錄所有測量點，以便對電氣系統進行全面檢查，驗證是否符合標準進行安裝，并在適用的情況下確定任何安裝錯誤。定期測試用于驗證被檢查的系統（包括任何修改）是否處于安全工作狀態，并檢測任何作。核心測試任務包括：

1. 電壓和相序的測量
用于驗證電氣系統的功能安全。必須確保熔斷器以及單極控制和保護裝置僅連接到相導體，并且電纜和電線已正確連接到電氣作設備。如果需要，必須在初始啟動前檢查系統的輸入電壓極性。

2. 電纜和保護導體的連續性測量
通過對保護導體、等電位連接導體和導電部件（如適用）進行電阻測試，以驗證是否符合分斷要求和自動關閉電源。測量 PE 端子和所有相關點之間的每個保護導體系統的電阻，這些點是每個保護導體系統的一部分。由于用于測試的安培數應足夠小，以排除任何火災或爆炸的危險，因此使用至少 0.2 A 至大約 10 A 的電流測量電阻。如果測量儀器根據相應保護導體的長度讀出合適的值，則認為驗證成功， 截面和材料。沒有指定最大允許電阻值，但測量值不應超過導體電阻，該電阻對應于電纜長度加上通常的接觸電阻。以下參考值和經驗值適用：保護導體系統< 1.0 Ω，等電位連接導體< 0.1 Ω。綜合電氣安規測試儀PROFITEST PRIME 可以使用各種測試電流進行測量。此外，對于長度達 70 m、電纜橫截面為 2 x 0.5 sq. mm 的電纜，可使用 200 mA 進行 4 線測量，并具有自動極性反轉功能。

3. 絕緣電阻測量
為了驗證良好的工作狀態和在新安裝或批準電氣系統的情況下是否履行承諾的性能。良好的絕緣電阻保證了電氣系統的安全、高效、無損耗運行，同時是預防火災的有效手段。絕緣測量在無電壓狀態下進行，通常在系統的電源點進行。如果測量值小于規定值，則可以將系統細分為單獨的電路組，以便測量每個組的絕緣電阻。如果電路或電路部分被中斷所有有源導體的欠壓保護裝置關閉，則單獨測量這些電路或電路部分的絕緣電阻。在測試過程中，在電源電路導體和保護導體系統之間測得的 500 V DC 絕緣電阻不得小于 1 MΩ。對于電氣設備的某些部分，如母線、集電極線系統或滑環組件，允許使用較低的最小值，但不得超過 50 kΩ。

必須斷開任何受測試影響或在測試過程中可能損壞的電涌保護裝置或電氣設備。電容式消耗設備必須在測量后放電（IEC 61010，第 1 部分）。

4. 測量內部系統電阻和回路電阻
使用適用于根據 IEC 61557-3 測量故障回路阻抗的測試儀器。在執行此測量之前，需要進行電氣連續性測試，并且在評估測量值時必須考慮 ±30% 的總體誤差。使用 PROFITEST PRIME 可對內部線路電阻 Z L-N 以及回路電阻 Z L-PE 進行高達 690 V 和高測試電流電流的測量，而不會對 A、F 和 B 型 RCD 進行跳閘。這些測量方法用于計算短路電流，以測試過流保護裝置的關斷。為了使過流保護裝置及時跳閘，短路電流必須大于跳閘電流。在自動計算短路電流和必須遵守的極限值后，檢查器可以訪問最小短路電流顯示值的表格概覽，以便通過按下幫助鍵來確定各種熔斷器和開關的額定電流。當電源電壓波動時，PROFITEST PRIME 會自動進行多次故障回路阻抗測量并生成平均值。

5. RCD 的測試
根據 DIN VDE 0100-530“低壓裝置的架設 - 第 530 部分：電氣設備的選擇和安裝——開關設備和控制裝置”，第 531 節，必須安裝該裝置以防止觸電、關閉電源和防止火災。對于帶有電子作設備的電氣系統，可以預期剩余電流平穩，允許使用 B 型或 B+ 型 RCD 通過自動斷開進行保護。A、AC、F、EV、B、B+ 和 MI 型 RCD 的測試是通過跳閘電流和跳閘時間進行的。跳閘電流通過上升的剩余電流進行驗證，剩余電流必須在 IΔN 的 50% 至 100% 范圍內（通常約為 70%）。通過在 RCD 下游產生故障電流，必須確定 RCD 是否在達到其標稱故障電流值時跳閘，以及是否不超過為相應系統商定的連續允許接觸電壓值。