金风1.5机组安全链系统

金风1.5MW机组变桨系统简析

及三叶片主旋编位置偏差大故障解析

姓名：潘峰

专业：机械设计制造及其自动化

入职时间：2015年06月24日

部门：新疆服务事业部

目录

摘要 (2)

关键词 (2)

一、安全链系统 (2)

二、关于苇糊梁西区A32机组出现安全链OK故障的处理及解

析 (8)

三、参考文献 (11)

金风1.5MW机组变桨系统简析

及三叶片主旋编位置偏差大故障解析

摘要

金风兆瓦机组的变桨系统是该类机组的重要组成部分，变桨系统的所有部件都安装在轮毂上，通过控制叶片的角度来控制叶轮的转速，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，所以变桨系统的重要性不言而喻。

本文主要介绍了金风1.5MW机组的变桨系统的各组成部分的工作原理和苇糊梁西区A32机组出现三叶片主旋编位置偏差大故障的处理及解析。

关键词

金风1.5MW机组、变桨系统、变桨电机、电磁刹车

一、变桨系统

(一）变桨系统简介

变桨系统能使叶片绕其中心轴转动。它既能控制输出功率还能使风机降速。当风速超过额定风速时，通过调整叶片的桨距角，叶轮的输入功率可以限制在额定功率，从而防止发电机和变流系统过载。运行控制系统可连续记录并监测风机的输出功率和叶片的桨距角，同时根据风速相应地调整桨距角，结合变速控制，可以实现额定功率的恒定输出。机组3个独立的变桨系统也是风机的刹车系统。该系统将叶片调整到顺桨（90°）的位置，可减少叶轮的出力。变桨后，风机的转速下降，直到风机停机。(二）变桨系统的主要功能

1、功率调节

变桨距控制是风力发电机组最常使用的控制吸收风能的方法，通过变桨控制桨距角，来实现调节叶轮吸收风能的功率。在风速小于额定风速时，桨距角设定在零度附近，这样能使叶轮尽可能多的吸收风能，使发电机功率提高，更接近额定功率，

此时空气动力载荷通常比在额定风速时小。

在风速大于额定风速时，变速控制器和变桨控制器共同作用，通过变速控制器即控制发电机的扭矩使其恒定，从而恒定功率；通过改变桨距角来调节发电机转速，使其始终跟踪发电机转速的设定值，防止发电机和逆变系统过载，保证风机正常稳定运行，风速越大，桨距角越接近90°，反之，则越接近0°。变桨系统的控制是风机运行、保证发电量的重要系统之一。

2、气动刹车

金风1500kW风力发电机组变桨系统是目前该系统唯一的停车机制，通过将桨叶迅速顺至停机位置来完成气动刹车。主控的所有停机指令，包括普通停机，快速停机和紧急停机，最后都是通过总线发给变桨系统来执行。机组的安全链的最后输出也是给变桨，任意一个安全链节点断开后，安全链系统送给变桨系统的高电平都会丢失，变桨系统会根据内部程序立即执行紧急停机。在执行停机或紧急停机的时候都是变桨柜接受主控传达信息，叶片迅速顺桨，利用空气阻力使得风机进入停机过程。

图1变桨系统结构

二、金风1.5MW机组变桨系统主要元器件介绍

1、变桨电机

金风1.5MW机组变桨系统采用SSB直流电机驱动变桨，三个变桨电机

分别驱动三个叶片变桨，变桨电机是驱动叶片变桨的直接动力，在变桨系

统中有着不可替代的作用，三相动力电源、DP总线及安全链信号分别通过

N、P、O插头引入第一个变桨柜，动力电源通过A1引入下一变桨柜。三个

柜子之间使用CAN总线连接。电网电源正常情况下，DCTransD直接驱动电

机,由2号柜2T1供给24VDC电源（因为2T1的电压值为25V高于各个柜

体内3T1的电压23.5V）；电网掉电情况下，挂在DCTransD上的超级电容投入工作，驱动电机运转，并通过电容225VDC通过3T1供给24VDC电源

继续为24VDC辅助电路供电，完成顺桨。

图2变桨原理结构

2、变桨逆变器AC2

变桨逆变器AC2是意大利萨牌控制器 ZAPI AC-2 FZ5197-INV逆变器，是当今世界上最先进的逆变器之一。额定电压为48V，最大电流450A，实际使用时由60V的直流电源超级电容供电，工作频率为8kHz，输出电压为3相29V，频率为0.6到56HZ。外观如图3所示逆变器共有6个外部接口，我们使用了端口A、D、E、F的相关管脚，主控制器通过模拟/数字信号来控制驱动器动作和接收驱动器的反馈状态，两者之间并没有任何通讯协议。这样的控制方式不但满足了逆变器在变桨系统中的协调工作，而且控制方

式、控制结构和电路接线简单，方便安装维护和变桨控制，抗干扰能力强。

图3变桨逆变器AC2

3、充电器NG5

NG5充电器将三相交流400V经过NG5充电电源整流输出60V，80A，给超级电容和变桨逆变器AC2提供电源。充电器主要由输入滤波、DC-DC 变换、输出高频整流滤波、二级滤波、以及CPU控制电路组成。其中输入整流滤波器对于电磁兼容有很大的作用，有效地抑制了来自交流电网的传导干扰，DC-DC高频交换机使整机的效率大大提高。高频整流滤波与二级滤波共同作用使电源的输出纹波极小。CPU控制系统用于控制各种负载变换情况下的稳定输出。工作原理框图如图3所示。

图 4NG5工作原理框图

4、主控制器贝福模块

主控制器由总线控制器BK3150、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块和SSI传感器检测模块组成，具有独立控制能力，并且负责向上位机PLC发送相关状态信息及运行参数，并且接收上位机PLC发送的各种指令。

5、变桨备电超级电容

超级电容由四组超级电容能量模块串联组成，每组能量模块的额定电压为16.2V，容值为500F。超级电容总的电容值为125F。

6、A10自制模块

通过电阻分压原理，将超级电容高低电压60V和30V的电压转换为KL3404允许输入的范围。

7、接近开关

利用铁性物质影响高频振荡电涡流的原理制作的电子开关。

8、24V电源模块，稳压模块

把60V的电压转换成稳定的24V给控制回路提供电源。

9、PT100温度传感器

铂的电阻值和温度具有良好的线性关系，该元件就是利用导体铂（pt）的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的元器件。

10、除此之外还有绝对式旋转编码器、各种辅助保护继电器等，这里就不一一叙述。

三、控制原理

（一）便将原理框图

图5变桨原理框图

（二）变桨原理介绍

三相交流400V经过NG5充电电源，整流输出60V，80A，给超级电容充电，NG5的投入与切出完全取决于超级电容的电压，超级电容的高低电压经过A10自制模块处理后送给贝福模块KL3404。主控器计算出超级电容的高低电压，只要检测到超级电容高电压低于55V（58V），就以80A恒流输出；只要电容电压达到60V就断开。充电器和超级电容构成一个闭环的自动控制电路，始终保持超级电容有60V的电压，同时当来自滑环的电网电压掉电时，超级电容作为备用电源直接给变桨控制系统和逆变器AC2供电，保证变桨电控系统正常工作，执行停机动作。

超级电容的输出直接接入变桨变频器AC2和DC/DC24V电源模块，AC2变频器根据控制器的指令输出三相29V，频率为0.6到56Hz的交流电到电枢绕组中，驱动变桨电机以不同的转速和转向旋转，通过变桨减速器拉动齿形带带动变桨盘使叶片向不同方向转动，达到变桨的目的。控制器通过

变桨电机内的绝对式旋转编码器实时检测叶片的角度，并且旋转编码器还将叶片变桨的方向和速度实时反馈给变桨逆变器AC2，AC2根据控制器发送的变桨指令和反馈的实时数据进行变桨的自我调节。

变桨控制系统中BC3150作为智能从站使用，每个变桨柜内的分布式I/O通过PROFIBUS DP总线，向上位机PLC发送相关状态信息及运行参数，并且接收上位机PLC发送的各种指令，包括各种停机指令。考虑到变桨系统出现故障时，可能无法从主控制器接受停机指令，或者停机信号，所以BC3150内部有控制程序，变桨系统出现故障，并且无法接收上位机PLC发送的停机指令时，还能自主控制变桨系统进行顺桨停机。

四、关于苇糊梁西区A32机组三叶片主旋编位置偏差大故障的

处理及解析

（一）故障发生过程

2015年7月11日A32机组报出三叶片主旋编位置偏差大和变桨电机温度高故障，经就地检查，初步判断为K2继电器内部线路问题，经现场人员登机后更换检查，发现k2继电器正常，而在变桨过程中变桨电机制动器抱死，初步判断为制动器有问题，需要跟换变桨电机。

1、处理过程

首先打开控制面板，查看所报叶片的主编码器和副编码器在此时所显示的叶片位置是否一致，和叶片实际位置是否吻合。发现所显示叶片位置和叶片实际位置无明显差别，打开故障时生成的B文件，对所报叶片的叶片位置数据进行分析，发现主副编码器所记录位置无跳变，未发现在同一时间值相差大于4度，对此叶片进行手动变桨，实时观察叶片从90度变到0度时数据的变化，确认旋编完好，排除旋编质量问题。

以本人当前技术水平来说尚无法解决此问题，但因当前机组已停机，并不影响对对变桨柜机变桨电机的检查。

继续检查变桨电机，经过手动点动变桨，发现2号变桨电机电磁刹车并未松开，查看图纸发现AC2发出信号控制K2继电器吸合，由K2继电器发出信号控制变桨电机电磁刹车，初步判断AC2故障或K2继电器故障，

测量AC2输出端电压，发现输出电压为23.9V，进行手动变桨，测量AC2输出端电压，输出端电压为0V，说明AC2能够正常工作，故排除AC2故障，检查线路连接，并未发现连接问题。

图6变桨信号输入线路图

检查K2继电器，并将其与2号变桨柜中的K2继电器互换，进行手动变桨，发现2号变桨电机电磁刹车能够正常松闸，且测量X3的1号端口和2号端口，输出端口电压为23.8V，进行手动变桨时测量电压为0V，故排除K2继电器故障。

至此，已排除变桨电机外部故障，断电后对变桨电机进行拆解，拆除旋编后发现电磁刹车内部存在大量黑色粉末，用毛刷拨开黑色粉末，发现其中还有一个被磨断的螺丝，查找后发现时变桨电机内部螺丝脱落所致，（如图7所示），更换变桨电机后，电磁刹车能够正常松闸，故障消失，机组正常运行。

图表 6变桨信号输入线路图

（二）处理结论

通过本次故障，可以看出，在变桨系统的几个主要零部件中，都是环环相扣，一定要了解各零部件之间的关系，理解电路图，一步步查找故障原因。

五、结束语

首先感谢公司给我一个展示自己的平台，再次感谢项目经理候海涛，员工申峰辉、胡文琪等在我入职后对我的耐心指导，最后感谢项目各位成员对我的关心和支持。

自入职以来已有三个月的时间了，我认识到变桨系统作为风力发电机组核心系统，也是机组故障率最高的系统，它很大程度上决定了机组是否能够平稳运行，维护好变桨系统是我们工作的重中之重。根据这段时间对机组维护所得的一点知识，总结出上述机组变桨系统的一点经验。由于本人知识水平有限，对兆瓦风机学习时间短，还有很多知识我未能涉及到，文章中难免有不足之处，在以后的时间里我将继续努力学习风机知识，不断总结工作经验，进一步填补不足之处，努力提高自己的维护水平，为风机的维护工作尽自己的一份力量。

参考文献：

《金风1500KW风力发电机组故障处理指南（定版）》《金风1500kw系列风力发电机运行维护手册》

《金风1500kW系列风力发电机组运行手册》

《天源科创新员工培训教材》

潍柴燃气电控系统安装及布置要求规范OH12.pdf

安装及布置要求规范Application Requirements for System OH1.2CNG 伍德沃德控制器有限公司 2006年4月

一、线束Wiring harness 1.关于图纸的中特殊说明Requirements from wiring diagram: 1)主机厂应该对系统线束的质量及布置进行有效的设计及控制；OEM has engineering control of the engine and ignition wiring harness. 2)导线的材料需遵循SAE-J1292，J1128，J2202中的标准；Material of wiring should be followed SAE-J1292,J1128,J2202recommendations. 3)系统动力接地和数字/模拟接地应分开接到电池负极；Proper sized ground wires and separation of analog/digital grounds separate from power grounds. 4)ECM针脚X3和W3必须常通电以保持ECM的记忆功能，只有在紧急情况下或车辆维 修时而不得不断开的情况下，才能断开这两个针脚的电源。ECM pins X3and W3 require battery power all the time for keep alive memory.Any devices that remove power from these pins should only be activated during service of the vehicle or in emergency. 5)ECM到点火模块的线束、转速传感器线束以及氧传感器信号线应包以铝质屏蔽层， 屏蔽层的末端应尽量接近ECM，同时需接到电池负极；Use a shielded aluminum cable to protect the spark index,spark trigger,spark return,cam and/or crank signals,and vehicle speed signals.Connect the drain at one location preferably near the ECM,and ties these to the power ground. 6)所有未使用的接插件的孔需堵以防水塞；Install plugs in all unused cavities of connectors. 7)诊断线必须使用双绞线，以减少电磁干扰；Diagnostic wires should be twisted to reduce the electromagnetic coupling. 8)按图纸要求使用合适的保险丝及继电器；Proper sized fusing should be employed as denoted on the Woodward harness drawing. 9)有空调的车辆上，空调信号开关需安装。Install A/C switch should be included. 2.系统接地System grounding 1)ECM、ICM及系统数字、模拟地需接至同一接地点，如发动机、底盘，强烈建议直 接接到电池负极；Proper ECM and ICM case grounding to same point,just like chassis or engine.It’s strong suggested to grounding battery negative point. 2)接地线遵循越短越好的原则；Grounding wires should be as short as possible. 3)接地线的应选用截面大于25mm2的导线，长度应小于50cm。接点处应该加以星形 垫片防止松动，并同时能穿透油漆保护层。Grounding should be connected with a minimum of2.5mm2cable with less than50cm in length to the case mounting bolt utilizing a star washer to penetrate any painted surface. 3.关于线束在整车上的布置Wiring harness layout on vehicle 1)为避免高温，线束不允许布置在排气管侧；Wiring harness should never be placed in exhaust side in order to prevent high temperature. 2)每个接插件及导线的连接应能承受至少20N的拉力而不会松动甚至脱落；Each connector and wiring can't be disconnected within20N force. 3)线束固定可靠，并有防止磨损的措施；Wiring harness should be mounted reliably to prevent wear and tear. 4)线束安装后没有受力现象；There is no force to the connector or wiring. 5)线束必须防水防油；Wiring harness can prevent water and oil corroded.

浅谈燃气孤网电站电控系统

浅谈燃气孤网电站电控系统 发表时间：2019-11-19T11:25:51.140Z 来源：《科技新时代》2019年9期作者：李剑 [导读] 针对以上情况，燃气孤网电站需采用快速和可靠的控制系统来实现负荷管理，本文就简要探讨燃气孤网电站的孤网电控系统。四川中车玉柴发动机股份有限公司四川资阳 641301） 摘要：随着社会经济的高速发展，电力需求不断地增加，特别是无法接入大网电力系统的偏远地区，在这种需求下孤网电站的建设也不断地增加。在燃气发电孤网中，燃气发电机组数量较少，其旋转惯量储存的动能较小，而且燃气机的负荷响应性能不如柴油机，用电负荷的冲击对孤网的频率、电压冲击较大，一旦发生机组故障就会出现功率缺额，对孤网的供电品质造成很大的影响，也有可能造成经济损失，针对以上情况，燃气孤网电站需采用快速和可靠的控制系统来实现负荷管理，本文就简要探讨燃气孤网电站的孤网电控系统。 关键词：孤网；燃气发电机组；孤网电控系统 燃气孤网电站是一个独立的电力系统，其总容量远远小于大网电力系统，所以孤网的电源容量可以认为是一个有限的电源系统。在大网电力系统中，由大网的调度中心进行负荷调度和频率、电压、功角控制，而在孤网内部需有相应的电控系统来完成相应的功能，而且其性能应更优，能够承担更大的负荷冲击。 1.孤网电控系统功能 孤网电控系统包括实时二次调频（AGC）、实时二次调压（AVC）、功角测量、低频低压减载、远动通讯RTU这些通用功能。同时还包括了机组寿命优化、功角/功率因数调平、负荷管理、负荷平衡等功能。 1.1实时二次调频（AGC） 孤网电控系统与机组电调系统通讯，快速分配各台燃气发电机组的有功功率，维持孤网周波在50Hz。AGC控制采用恒定频率控制模式，控制周期应小于50ms。AGC的基本功能包括：维持系统频率给定值、调整时间偏差；实现对燃气发电机组快速调整指令，对燃气发电机组出力进行自动调整；对孤网电力系统旋转备用容量进行计算和监视，当计算出的实际旋转备用容量小于要求值时应发出报警信号。 1.2实时二次调压（AVC） 孤网电控系统与机组励磁系统通讯，快速分配各台燃气发电机组的无功功率，维持孤网电压。实时二次调压(AVC)是通过对电站的电压及无功调节设备的合理调整，在保证系统电压的前提下，最小化系统网损、最优化各母线电压，并且尽量利用发电机的无功可调节容量。AVC控制中心向各台燃气发电机组的AVR发出快速的调整指令，调节燃气发电机组的无功功率，确保高压侧母线电压追踪设定值。由于孤网的特殊性，AVC 的控制周期应小于50ms。 1.3功角测量 通过对转速、定子电压、系统电压的测量及调节适时监测发电机的功角，根据功角调平的要求，分配各台燃气发电机组的无功。当功角过大时，应发出报警信号，指导运行人员调整无功补偿装置。 1.4低频低压减载 低频低压减载是基于频率和电压的偏差来切除负荷的功能，一般情况下，电气综保系统中配有低频低压减载功能。 1.5远动通讯RTU 每台燃气发电机组配置一套数据采集终端，采集燃气发电机组的调速系统、励磁系统的数据。由于孤网的特殊性，数据采集终端的实时性应能够满足AGC和AVC小于50ms的要求。 1.6机组寿命优化 孤网系统中负荷侧频繁大幅度的波动，会增加燃气发电机组的调节频度和幅度，燃气发电机组的轴系扭振加大，导致燃气发电机组寿命损耗加速，影响孤网运行的经济性。为了减少燃气发电机组的寿命损耗，在负荷突升或突降时，利用负荷平衡装置来平缓负荷的突变；建立与负荷侧的增减允许信号，在负荷突升或突降比例超限时，限制负荷侧的进一步变化。 1.7功角/功率因素调平 为提高各台燃气发电机组的暂态稳定水平，采用自动功角或者功率因素调平功能，将各台燃气发电机组的功角或者功率因素调平。 1.8负荷管理 孤网电控系统与负荷侧进行双向数据通讯，采集负荷的电流、电压、周波、有功、无功负荷，向负荷侧发出启动允许条件、发出增减负荷指令等功能。 2 负荷平衡装置 2.1 负荷平衡装置工作原理 负荷平衡装置实质上是一个大容量的可控负荷，其功率部件能够大量消耗电能，能够快速投、切负荷。当其功率部件的容量与电网中的负荷冲击的容量相当，其实时性达到300ms以内，负荷平衡装置就能够用于平衡孤网中的负荷冲击。 具体有二种典型的控制工况：一是弥补用电负荷的切除。当负荷侧大容量用电负荷切除后，将造成发电功率突降，负荷平衡装置的控制部件检测到负荷突降之后，投入相应容量的功率部件，使得发电功率平稳。如果切除的负荷在短时间内不需求再次启动，将按照允许变化率逐步减少功率部件的负荷；二是补偿用电负荷的启动。当负荷侧有大容量用电负荷启动时，首先逐步投入相应容量的功率部件，将达到启动要求时，启动负荷侧的大容量用电负荷，控制部件检测到发电负荷突升之后，切除相应容量的功率部件，使得发电功率平稳。 2.2 负荷平衡装置功能 2.2.1 作为燃气孤网电站的调试负荷 孤网运行的发、供电系统，由于没有大网的支持，也没有固定的可调节负荷，因此发电机的调试、负荷侧的调试、燃气发电机组试运行以及调试阶段的一切试验等都很难进行。负荷平衡装置提供可调节负荷，是系统调试的必备设备。 2.2.2 应对正常、非正常生产的负荷波动 大负荷设备启停时，会对孤网系统造成很大的冲击，负荷平衡装置可及时、快速、准确的平整（或反向抵消）生产时产生的负荷波动，确保系统频率快速稳定，减少机组调门动作次数，降低负荷波动对机组寿命的影响。