風(fēng)電運(yùn)維 | 機(jī)組防超速綜合技改應(yīng)用案例

【摘要】

變槳系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最重要的部件之一，對(duì)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定及安全運(yùn)行有不可或缺的作用，所以目前變槳系統(tǒng)的技術(shù)改造為老舊風(fēng)場(chǎng)技術(shù)改造最重要的工作。本文在分析安全防護(hù)典型缺陷的基礎(chǔ)上，提供了幾個(gè)提升風(fēng)機(jī)整體安全性的改造方案，包括變槳維護(hù)時(shí)的槳葉互鎖改造、風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的應(yīng)急偏航改造、風(fēng)機(jī)在超速時(shí)變槳系統(tǒng)能夠自檢防超速的改造等，這些方案可以有效提升風(fēng)機(jī)整體的安全可靠性。

背景

隨著技術(shù)的發(fā)展和使用環(huán)境以及需求的變化，對(duì)風(fēng)機(jī)中使用的設(shè)備提出了更高的要求。但目前很多機(jī)組在安全防護(hù)上仍有很多不足，例如以下三種情況：

槳葉在維護(hù)模式下，三個(gè)槳葉可同時(shí)在0°位置。即在手動(dòng)模式下，槳葉的動(dòng)作無互鎖功能，在手動(dòng)模式下，三個(gè)槳葉同時(shí)在0°位置，對(duì)檢修人員將造成嚴(yán)重的安全隱患。

特殊情況下安全鏈如果斷電，機(jī)組則無法進(jìn)行偏航。目前多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全鏈回路均采用安全繼電器搭接組成。當(dāng)安全鏈斷開后，機(jī)組由安全鏈控制的DO 點(diǎn)24V控制電源將被切斷，此時(shí)不能執(zhí)行如液壓泵打壓、機(jī)組偏航控制等DO 輸出動(dòng)作。如果出現(xiàn)機(jī)組失速、槳葉未順槳等緊急情況，由于轉(zhuǎn)速超限、振動(dòng)超限等因素使安全鏈無法復(fù)位，將不能通過手動(dòng)或自動(dòng)控制機(jī)組執(zhí)行偏航側(cè)風(fēng)動(dòng)作。

變槳系統(tǒng)無法進(jìn)行緊急順槳。目前多數(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢測(cè)主軸超速都是通過主控里超速繼電器和主軸轉(zhuǎn)速編碼器來檢測(cè)超速然后再通過通訊給出命令來觸發(fā)軟件變槳EFC程序來進(jìn)行順槳，若由于通訊問題或其他意外情況導(dǎo)致安全鏈無法正常斷開，變槳系統(tǒng)將不能進(jìn)行緊急順槳。

以上幾種情況都對(duì)維護(hù)人員的安全造成嚴(yán)重的安全隱患，在某些不當(dāng)操作和環(huán)境因素的影響，會(huì)導(dǎo)致機(jī)毀人亡的后果。例如：武威市民勤縣紅砂崗“4·12”風(fēng)機(jī)坍塌事故。

應(yīng)用案例

廣西某風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)有50臺(tái)機(jī)組，不具備變槳系統(tǒng)安全互鎖功能，需要對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。該風(fēng)電場(chǎng)變槳系統(tǒng)為OAT變槳系統(tǒng)，在中控箱增加維護(hù)轉(zhuǎn)換開關(guān)S1，實(shí)現(xiàn)維護(hù)和自動(dòng)控制功能，在維護(hù)模式，通過各軸的互鎖繼電器K1K2K3進(jìn)行槳葉的互鎖。原理圖如下所示：

圖1：槳葉互鎖示意圖（軸3）

S1 為轉(zhuǎn)換開關(guān)，在1檔為運(yùn)行模式，2檔為維護(hù)模式。

K1,K2,K3：互鎖繼電器

Out：X13.1PMM控制輸出

24VDCinternalX4.2：PMC控制電源

Enable X4.5：PMC使能信號(hào)（該信號(hào)為低電平時(shí)，PMC的IGBT始終處于關(guān)斷狀態(tài)）

當(dāng)S1開關(guān)處于2檔時(shí)，軸3驅(qū)動(dòng)器的使能信號(hào)由軸1和軸2的互鎖繼電器K1,K2控制。當(dāng)軸1或軸2的槳葉沒有在88~100°范圍內(nèi)，K1或K2失電，軸3使能信號(hào)斷，軸3不能移動(dòng)。同理，當(dāng)軸3移動(dòng)超出88~100°范圍，軸1和軸2的使能信號(hào)斷，軸1和軸2不能移動(dòng)。基于以上原理，實(shí)現(xiàn)三個(gè)槳葉功能互鎖。

2.2 廣東某風(fēng)電場(chǎng)1.5MW機(jī)組綜合改造項(xiàng)目

該風(fēng)場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全鏈回路采用安全模塊搭接組成。當(dāng)安全鏈斷開后，機(jī)組由安全鏈控制的DO 點(diǎn)24V控制電源將被切斷，此時(shí)不能執(zhí)行如液壓泵打壓、機(jī)組偏航控制等DO 輸出動(dòng)作。

整改前，受安全鏈影響的DO點(diǎn)供電回路經(jīng)過安全模塊到端子。當(dāng)安全鏈斷開后，安全繼電器的觸點(diǎn)斷開連接，供電斷開，無法進(jìn)行偏航。

整改后在機(jī)艙24V供電回路增加一個(gè)繼電器（此繼電器不受安全鏈控制），在需要緊急偏航時(shí)繼電器吸合，在安全鏈斷開的情況下給偏航相關(guān)設(shè)備的DO提供24V控制電源。如圖2所示，紅色框內(nèi)為增加部分。

圖2：增加旁路繼電器給DO用24V電源示意

在風(fēng)機(jī)控制程序邏輯和操作界面上增加相應(yīng)的功能，具體體現(xiàn)為：

在“特殊功能”界面增加“手動(dòng)應(yīng)急偏航使能”按鈕，在需要進(jìn)行緊急偏航時(shí)，按下“手動(dòng)應(yīng)急偏航使能”按鈕，在界面狀態(tài)代碼欄中會(huì)出現(xiàn)“手動(dòng)應(yīng)急偏航激活”代碼，通過手動(dòng)觸發(fā)“手動(dòng)偏航”按鈕和“順時(shí)針”（或“逆時(shí)針”）按鈕即可執(zhí)行手動(dòng)偏航動(dòng)作。

2.3 內(nèi)蒙某風(fēng)電場(chǎng)1.5MW機(jī)組綜合改造項(xiàng)目

該風(fēng)場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組檢測(cè)主軸超速是通過主控里超速繼電器和主軸轉(zhuǎn)速編碼器來檢測(cè)超速然后再通過通訊給出命令來觸發(fā)軟件變槳EFC程序來進(jìn)行順槳。為了實(shí)現(xiàn)變槳系統(tǒng)自檢超速進(jìn)行順槳?jiǎng)幼鳎M(jìn)行了以下整改，在變槳系統(tǒng)控制柜中增加速度控制器，用于接收外部傳感器的脈沖信號(hào)，在柜體中增加24V防雷模塊，對(duì)柜體內(nèi)部速度控制器進(jìn)行保護(hù)。在輪轂大盤處安裝接近開關(guān)和碼盤用來檢測(cè)速度并將脈沖信號(hào)接入到速度控制器上，接近開關(guān)為三線制PNP型接近開關(guān)。增加一個(gè)接觸器，將EFC緊急順槳信號(hào)接入到該繼電器的常閉觸點(diǎn)。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)接觸器不動(dòng)作，但在機(jī)組超速發(fā)生時(shí)，該接觸器得電，常閉觸點(diǎn)變?yōu)槌ｉ_觸點(diǎn)，變槳系統(tǒng)進(jìn)行緊急順槳。該接觸器的動(dòng)作由超速繼電器控制。

技術(shù)要點(diǎn)

該方案主要由三部分功能改造組成，槳葉互鎖改造，充分利用驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部參數(shù)設(shè)置和轉(zhuǎn)換開關(guān)、繼電器等組成了一個(gè)安全可靠的可轉(zhuǎn)換的互鎖回路。正常模式下，驅(qū)動(dòng)器的使能不受改造回路影響，維護(hù)模式下組成互鎖回路；應(yīng)急偏航改造，完全不影響機(jī)組正常運(yùn)行，當(dāng)機(jī)組因故障導(dǎo)致安全鏈斷開尤其是機(jī)艙和塔基通訊斷開或PLC死機(jī)后依然能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)偏航，使機(jī)組偏離主風(fēng)向，保證機(jī)組安全；變槳系統(tǒng)防超速改造，在輪轂附近安裝一個(gè)接近開關(guān)和碼盤來檢測(cè)主軸的速度，再把這個(gè)脈沖信號(hào)接到變槳控制柜的速度控制器里，當(dāng)主軸超速時(shí)速度控制器的觸點(diǎn)會(huì)動(dòng)作，通過與EFC回路串聯(lián)的觸點(diǎn)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)變槳系統(tǒng)的緊急順槳。

應(yīng)用前景

目前絕大多數(shù)機(jī)組都不具備槳葉互鎖、應(yīng)急偏航、變槳系統(tǒng)防超速的功能，且隨著越來越多大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)營(yíng)及機(jī)組服役年限的不斷增長(zhǎng)，風(fēng)電設(shè)備的安全事故頻發(fā)，機(jī)組在安全性能方面的改造越來越受到各風(fēng)電場(chǎng)人員的重視。

參考文獻(xiàn)：

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