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风力发电机变桨系统.doc

风力发电机变桨系统

足各齐待122
2017-09-19 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《风力发电机变桨系统doc》,可适用于综合领域

风力发电机变桨系统摘要:变浆系统是风力发电机的重要组成部分本文围绕风力发电机变浆系统的构成、作用、控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。关键词:变桨系统构成作用保护种类故障分析综述变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速进而控制风机的输出功率并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。风机的叶片(根部)通过变桨轴承与轮毂相连每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。风机正常运行期间当风速超过机组额定风速时(风速在ms到ms之间时)为了控制功率输出变桨角度限定在度到度之间(变桨角度根据风速的变化进行自动调整)通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到度位置(执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到度限位位置)。变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作(比如变桨系统的主电源供电失效后)因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机(叶片顺桨到度限位位置)。此外还需要一个冗余限位开关(用于度限位)在主限位开关(用于度限位)失效时确保变桨电机的安全制动。由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端(电机尾部)还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。风机主控接收所有编码器的信号而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。变浆系统的作用根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆°与风向平行使风机停机。主要部件组成变桨系统各部件的连接框图图:各部件间连接框图变桨中央控制箱执行轮毂内的轴控箱和位于机舱内的机舱控制柜之间的连接工作。变桨中央控制箱与机舱控制柜的连接通过滑环实现。通过滑环机舱控制柜向变桨中央控制柜提供电能和控制信号。另外风机控制系统和变桨控制器之间用于数据交换的ProfibusDP的连接也通过这个滑环实现。变桨控制器位于变桨中央控制箱内用于控制叶片的位置。另外三个电池箱内的电池组的充电过程由安装在变桨中央控制箱内的中央充电单元控制。中控箱图:中控箱轴控箱在变桨系统内有三个轴控箱每个叶片分配一个轴控箱。箱内的变流器控制变桨电机速度和方向。图:轴控箱电池箱和轴控箱一样每个叶片分配一个电池箱。在供电故障或EFC信号(紧急顺桨控制信号)复位的情况下电池供电控制每个叶片转动到顺桨位置。图:电池箱变桨电机变桨电机是直流电机正常情况下电机受轴控箱变流器控制转动紧急顺桨时电池供电电机动作。图:变桨电机冗余编码器图:冗余编码器限位开关每个叶片对应两个限位开关:度限位开关和度限位开关。度限位开关作为冗余开关使用。图:限位开关各部件间连接电缆变桨中央控制箱、轴控箱、电池箱、变桨电机、冗余编码器和限位开关之间通过电缆进行连接。为了防止连接电缆时产生混乱电缆有各自的编号。变桨系统的保护种类位置反馈故障保护:为了验证冗余编码器的可利用性及测量精度将每个叶片配置的两个编码器采集到的桨距角信号进行实时比较冗余编码器完好的条件是两者之间角度偏差小于°所有叶片在°与°位置各安装一个限位开关在°方向均不安装限位开关叶片当前桨距角是否小于°由两个传感器测量结果经过换算确定。除系统掉电外当下列任何一种故障情况发生时所有轴柜的硬件系统应保证三个叶片以°s的速度向°方向顺桨与风向平行风机停止转动:任意轴柜内的从站与PLC主站之间的通讯总线出现故障由轮毂急停、塔基急停、机舱急停、震动检测、主轴超速、偏航限位开关串联组成的风机安全链以及与安全链串联的两个叶轮锁定信号断开(VDC信号)无论任何一个编码器出现故障还是同一叶片的两个编码器测量结果偏差超过规定的门限值任何叶片桨距角在变桨过程中两两偏差超过°构成安全链、释放回路中的硬件系统出现故障任意系统急停指令。变桨调节模式时预防桨距角超过限位开关的措施:°限位开关到达限位开关时变桨电机刹车抱闸轴柜逆变器的释放信号及变桨速度命令无效同样会使变桨电机静止。变桨电机刹车抱闸的条件:轴柜变桨调节方式处于自动模式下桨距角超过°限位开关位置轴柜上控制开关断开电网掉电且后备电电源输出电压低于其最低允许工作电压控制电路器件损坏。 图:变浆机构机械连接电机变桨距控制机构可对每个桨叶采用一个伺服电机进行单独调节如图所示。伺服电机通过主动齿轮与桨叶轮毅内齿圈相啮合直接对桨叶的节距角进行控制。位移传感器采集桨叶节距角的变化与电机形成闭环PID负反馈控制。在系统出现故障控制电源断电时桨叶控制电机由蓄电池供电将桨叶调节为顺桨位置实现叶轮停转。变桨系统故障分析变桨控制系统常见故障原因及处理方法变桨角度有差异叶片变桨角度有差异叶片变桨角度有差异叶片变桨角度有差异原因:变桨电机上的旋转编码器(A编码器)得到的叶片角度将与叶片角度计数器(B编码器)得到的叶片角度作对比两者不能相差太大相差太大将报错。处理方法:由于B编码器是机械凸轮结构与叶片的变桨齿轮啮合精度不高且会不断磨损在有大晃动时有可能产生较大偏差因此先复位排除故障的偶然因素如果反复报这个故障进轮毂检查A、B编码器检查的步骤是先看编码器接线与插头若插头松动拧紧后可以手动变桨观察编码器数值的变化是否一致若有数值不变或无规律变化检查线是否有断线的情况。编码器接线机械强度相对低在轮毂旋转时在离心力的作用下有可能与插针松脱或者线芯在半断半合的状态这时虽然可复位但转速一高松动达到一定程度信号就失去了因此可用手摇动线和插头若发现在晃动中显示数值在跳变可拔下插头用万用表测通断有不通的和时通时断的要处理可重做插针或接线如不好处理直接更换新线。排除这两点说明编码器本体可能损坏更换即可。由于B编码器的凸轮结构脆弱多次发生凸轮打碎因此对凸轮也应做检查。叶片没有到达限位开关动作设定值原因:叶片设定在°触发限位开关若触发时角度与°有一定偏差会报此故障。处理方法:检查叶片实际位置。限位开关长时间运行后会松动导致撞限位时的角度偏大此时需要一人进入叶片一人在中控器上微调叶片角度观察到达限位的角度然后参考这个角度将限位开关位置重新调整至刚好能触发时在中控器上将角度清回°。限位开关是由螺栓拧紧固定在轮毂上调整时需要把小活扳手或者mm叉扳。某个桨叶°或°触发有时候是误触发复位即可如果复位不了进入轮毂检查有垃圾卡主限位开关造成限位开关提前触发或者度限位开关接线或者本身损坏失效导致°限位开关触发。叶片限位开关动作叶片限位开关动作叶片限位开关动作原因:叶片到达°触发限位开关但复位时叶片无法动作或脱离限位开关。处理方法:首先手动变桨将桨叶脱离后尝试复位若叶片没有动作有可能的原因有:①机舱柜的手动变桨信号无法传给中控器可在机舱柜中将端子和端子下方进线短接后手动变桨②检查轴控柜内开关是否有可能因过流跳开若有合上开关后将桨叶调至°即可复位③轴控箱内控制桨叶变将的K接触器损坏检查如损坏更换同时检查其他电器元件是否有损坏。变桨电机温度高变桨电机温度高变桨电机温度高变桨电机温度高变桨电机电流超过最大值变桨电机电流超过最大值变桨电机电流超过最大值原因:温度过高多数由于线圈发热引起有可能是电机内部短路或外载负荷太大所致而过流也引起温度升高。处理方法:先检查可能引起故障的外部原因:变桨齿轮箱卡瑟、变桨齿轮夹有异物再检查因电气回路导致的原因常见的是变桨电机的电器刹车没有打开可检查电气刹车回路有无断线、接触器有无卡瑟等。排除了外部故障再检查电机内部是否绝缘老化或被破坏导致短路。变浆控制通讯故障原因:轮毂控制器与主控器之间的通讯中断在轮毂中控柜中控器无故障的前提下主要故障范围是信号线从机舱柜到滑环由滑环进入轮毂这一回路出现干扰、断线、航空插头损坏、滑环接触不良、通讯模块损坏等。处理方法:用万用表测量中控器进线端电压为v左右出线端电压为v左右说明中控器无故障继续检查将机舱柜侧轮毂通讯线拔出红白线、绿白线将红白线接地轮毂侧万用表一支表笔接地如有电阻说明导通无断路有断路启用备用线若故障依然存在继续检查滑环我场风机绝大多数变桨通讯故障都由滑环引起。齿轮箱漏油严重时造成滑环内进油油附着在滑环与插针之间形成油膜起绝缘作用导致变桨通讯信号时断时续冬季油变粘着变桨通讯故障更为常见。一般清洗滑环后故障可消除但此方法治标不治本从根源上解决的方法是解决齿轮箱漏油问题。滑环造成的变桨通讯还有可能有插针损坏、固定不稳等原因引起若滑环没有问题得将轮毂端接线脱开与滑环端进线进行校线校线的目的是检查线路有无接错、短接、破皮、接地等现象。滑环座要随主轴一起旋转里面的线容易与滑环座摩擦导致破皮接地也能引起变桨故障。变桨错误原因:变桨控制器内部发出的故障变桨控制器OK信号中断可能是变桨控制器故障或者信号输出有问题。处理方法:此故障一般与其他变桨故障一起发生当中控器故障无法控制变桨时PITCHCONTROLLEROK信号为可进入轮毂检查中控器是否损坏一般中控器故障会导致无法手动变桨若可以手动变桨则检查信号输出的线路是否有虚接、断线等前面提到的滑环问题也能引起此故障。变桨失效原因:当风轮转动时机舱柜控制器要根据转速调整变桨位置使风轮按定值转动若此传输错误或延迟ms内不能给变桨控制器传达动作指令则为了避免超速会报错停机。处理方法:机舱柜控制器的信号无法传给变桨控制器主要由信号故障引起影响这个信号的主要是信号线和滑环检查信号端子有无电压有电压则控制器将变桨信号发出继续查机舱柜到滑环部分若无故障继续检查滑环再检查滑环到轮毂分段检查逐步排查故障。变浆电机转速高变浆电机转速高变浆电机转速高原因:检测到的变桨转速超过°每秒这样的转速一般不会出现大多数由于旋转编码器故障引起。或者由轮毂传出的RPMOK信号线问题引起。处理方法:可参照检查变桨编码器不同步的故障处理方法编码器问题编码器无故障则转向检查信号传输问题。变桨机械部分常见故障原因及处理方法变桨机械部分的故障主要集中在减速齿轮箱上保养不到位加之质量问题使减速齿轮箱有可能损坏在有卡瑟转动不畅的情况下会导致变桨电机过流并且温度升高因此有电机过流和温度高的情况频发时要检查减速齿轮箱。轮毂内有给叶片轴承和变桨齿轮面润滑的自动润滑站当缺少润滑油脂或油管堵塞时叶片轴承和齿面得不到润滑长时间运行必然造成永久地损伤变桨齿轮与B编码器的铝制凸轮没有润滑长时间摩擦铝制凸轮容易磨损重则将凸轮打坏造成编码器不同步致使风机故障停机因此需要重视润滑这个环节长时间的小毛病的积累必然导致机械部件不可挽回的损坏。蓄电池部分常见故障及处理方法变浆电池充电器故障原因:轮毂充电器A不充电有可能A已经损坏有可能由于电网电压高导致无法充电。处理方法:观察停机代码一般轮毂充电器不工作引起面蓄电池电压降低将会一起报叶片蓄电池电压故障叶片蓄电池电压故障叶片蓄电池电压故障检查A测量有无V交流输入有交流电压说明输入电源没问题再测量有无V左右直流输出和V直流输出有输入无输出则可更换A若由于电网电压短时间过高引起则电压恢复后即可复位。叶片蓄电池电压故障(单独报错)叶片蓄电池电压故障(单独报错)叶片蓄电池电压故障(单独报错)原因:若只是单面蓄电池电压故障则不是由轮毂充电器不充电导致可能由于蓄电池损坏、充电回路故障等引起。处理方法:按下轮毂主控柜的充电实验按钮面轮流试充电此时测量吸合的电流接触器的出线端有无V直流电源再顺着充电回路依次检查各电气元件的好坏检查时留意有无接触不良等情况确定充电回路无异常则检查是否由于蓄电池故障导致不能充电。打开蓄电池柜蓄电池由组每组个蓄电池串联组成单个蓄电池额定电压V先分别测量每组两端的电压若有不正常的电压则挨个测量每个蓄电池直到确定故障的蓄电池位置将损坏蓄电池更换再充电数个小时(具体充电时间根据更换的数量和温度等外部因素决定)一般充电小时即可。若不连续充电直接运行则新蓄电池没有彻底激活寿命大打折扣很快也会再次损坏还有可能导致其他蓄电池损坏。、变桨系统飞车的原因分析及预防介于风力机的变桨系统的构成及工作原理能导致叶片飞车的原因有以下种:)蓄电池的原因:由变桨系统构成可以得出在风机因突发故障停机时是完全依靠轮毂中的蓄电池来进行收桨的。因此轮毂中的蓄电池储能不足或电池失电导致出故障时不能及时回桨而会引发飞车。蓄电池故障主要有个方面的影响:由于蓄电池前端的轮毂充电器损坏导致蓄电池无法充电直至亏损由于蓄电自身的质量问题如果组中有块蓄电池放亏电池整体电压测量时属于正常范围中但是电池单体电压测量后已非正常区间这种蓄电池在出现故障后已不能提供正常电拖动力来有效的促使桨叶回收而最终引发飞车事故。)信号滑环的原因:该种风机绝大多数变桨通讯故障都由滑环接触不良引起。齿轮箱漏油严重时造成滑环内进油油附着在滑环与插针之间形成油膜起绝缘作用导致变桨通讯信号时断时续致使主控柜控制单元无法接受和反馈处理超速信号导致变桨系统无法停止直至飞车由于滑环的内部构造的原因会出现滑环磁道与探针接触不良等现象也会引发信号的中断和延时其中不排除探针会受力变形。)超速模块的原因:超速模块主要作用就是监控主轴及齿轮箱低速轴和叶片的超速。该模块为同时监测轴系的三个转速测点以三取二逻辑方式对轴系超速状态进行判断。三取二超速保护动作有独立的信号输出可直接驱动设备动作。具有两通道配合可完成轴旋转方向和旋转速度的测量。使用有一定齿距要求的齿盘产生两个有相位偏移的信号A通道监测信号间的相位偏移得到旋转方向B通道监测信号周期时间得到旋转速度。当该模块软件失效后或信号感知出现问题会导致在超速时风机主控不能判断故障及时停机而引发导致飞车。为了预防变桨系统飞车事故的发生我们应该以预防为主其预防方法如下:定期的检查蓄电池单体电池电压定期的做蓄电池充放电实验并将蓄电池检测时间控制在合理区间运行过程中密切注意电网供电质量尽量减少大电压对轮毂充电器及UPS的冲击尽可能的避免不必要的元器件的损坏彻底根除齿轮箱漏油的弊病定期开展滑环的清洗工作保证滑环的正常工作有针对性的测试超速模块KL的功能避免该模块软故障的形成。

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