风力发电机组主控制系统.pdf
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1、 密级:公司秘密 型风力发电机组主控制系统 说明书 编 号 KF20-001000DSM 版本号 A 东 方 汽 轮 机 有 限 公司 2014 年 7 月 编制 校对 审核 会签 审定 批准 编号 换版记录 版本号 日期 换 版 说 明 A 首次发布 目 录 序号 章节 名称 页数 备注 1 0-1 概述 1 2 0-2 系统简介 1 3 0-3 系统硬件 11 4 0-4 系统功能 5 5 0-5 主控制系统软件说明 12 6 0-6 故障及其处理说明 64 0-1 概述 风能是一种清洁环保的可再生能源,取之不尽,用之不竭。随着地球生态保护和人类生存发展的需要,风能的开发利用越来越受到重视
2、。风力发电机就是利用风能产生电能,水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型,它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。风力发电机的控制技术和伺服传动技术是其核心和关键技术,这与一般工业控制方式不同。风力发电机组控制系统是一个综合性的控制系统,主要由机舱主控系统、变桨系统、变频控制系统三部分组成,通过现场总线以及以太网连接在一起,各个模块都有独立的控制单元,可独立完成与自身相关的功能(图 0-1-1)。目的是保证机组的安全可靠运行、获取最大风能和向电网提供优质的电能。图 0-1-1 0-2 系统介绍 风机的主控系统是整个风力发电机组的核心部件,
3、它主要完成机舱数据采集、判断和处理,检测每个部分传感器是否有故障,通过各类传感器对电网、风况及风机运行参数进行监控,并与变频系统、变桨系统保持数据通讯,根据各方面的数据做出综合分析,发出控制指令,实现系统的启动与停机控制、并网与脱网控制、开桨与收桨控制、偏航与解缆控制、运行数据的采集与统计、远程数据传输、风机远程控制等。系统主要参数如下:控制柜外形尺寸:1800mm1200mm400mm 柜内自带照明、加热及除湿系统 主电源:690V AC,50Hz 辅电源:400V AC,50Hz,230V AC,50Hz 主控制器硬件:FCN 控制器 生存温度:-40+70(变化率1/min)工作温度:-
4、30+60(变化率=并网转速,变频器反馈处于并网转速范围变频器电网连接成功桨叶扭矩调节结束刹车50526019075180200旁路限位开关 释放刹车升转速连接变频器正常发电运行等待启动 刹车刹车刹车刹车刹车刹车度92.5度175刹车92.5度92.5度92.5度92.5度清除故障桨角89.5&刹车程序B50&发电机转速500&转子转速89.5&刹车程序B50&发电机转速500&转子转速=B175 1)相对风向 0 2)上次刹车程序69.5&刹车程序B50&发电机转速500&转子转速592.5度刹车70 开关信号输出。启动等待:当风速大于“启动风速”,开始计时到“启动等待时间”(120s)。当
5、风速小于“启动风速”,启动时间重新开始计时“启动等待时间”。启动过程中,按键可跳过启动等风 120s 阶段。当启动等风结束,风机未进行变桨电池强制充电,风机处于“普通模式”运行状态,未触发 92 度限位开关,机舱正对风,机械刹车松开,并且齿轮油温=10后,如上次刹车程序=B175 则进入 C 启动自检。B 启动(快速启动):在刹车松开,69 度桨叶角度B180,69 度桨叶角度度。发电机转速500rpm。低速轴转速度。发电机转速500rpm。低速轴转速度。发电机转速500rpm。低速轴转速度。发电机转速500rpm。低速轴转速5rpm。满足故障对应的具体复位逻辑判断条件(各故障不同),超过故障
6、复位时间或者手动复位。Alarm 报警复位必须满足以下条件:满足报警对应的具体复位逻辑判断条件(各报警不同),超过报警复位时间或者手动复位。5.2.3 刹车程序 刹车程序 B50:关闭变桨 PI 控制,桨叶以 2 度/S 变向 70 度回桨。当发电机转速=(1200rpm),执行下面的步骤。在(1s)内扭矩逐步降到 0 Nm。当扭矩=(100 Nm),且发电机转速(68 度)后,桨叶以(1 度/s)变向 70 度。刹车程序 B52:关闭变桨 PI 控制,桨叶以 3 度/S 变向 90 度。当发电机转速=(1200rpm),执行下面的步骤。扭矩在(1s)内扭矩逐步降到 0 Nm。当扭矩=(100
7、 Nm),且发电机转速(88 度)后,桨叶以(1 度/s)变向 90 度。刹车程序 B56:关闭变桨 PI 控制,设定桨叶角度以(6 度/S)变向度;关闭“快速变桨”信号输出,将交流收桨切到电池直流收桨,变桨速度不受主控控制。以 500NM/s 的速度降扭矩到 0 Nm。当发电机转速=(1200rpm),执行下面的步骤。扭矩降到 0 Nm。当扭矩=(100 Nm),且发电机转速=(1200rpm),关闭“变频器励磁”和“变频器并网”指令输出,即控制变频器脱网。刹车程序 B60:关闭变桨 PI 控制,桨叶以(3 度/S)变向度。当发电机转速=(1200rpm),执行下面的步骤。扭矩在(1s)内扭
8、矩逐步降到 0 Nm。当扭矩=(100 Nm),且发电机转速(88 度)后,桨叶以(1 度/s)变向度。刹车程序 B70:关闭变桨 PI 控制,桨叶以(6 度/S)变向度。当发电机转速=(1200rpm),执行下面的步骤。扭矩在(1s)内扭矩逐步降到 0 Nm。当扭矩=(100 Nm),且发电机转速(88 度)后,桨叶以(1 度/s)变向度。刹车程序 B75:关闭变桨 PI 控制,桨叶以(6 度/S)变向 90 度。扭矩降到 0 Nm。当扭矩=(100 Nm),关闭“变频器励磁”和“变频器并网”指令输出,即控制变频器脱网。刹车程序 B175:关闭变桨 PI 控制,设定桨叶角度以(6 度/S)变
9、向度;关闭“快速变桨”信号输出,将交流收桨切到电池直流收桨,变桨速度不受主控控制。当发电机转速=(1200rpm),执行下面的步骤。扭矩在(1s)内扭矩逐步降到 0 Nm。当扭矩=(100 Nm),且发电机转速=(1200rpm),关闭“变频器励磁”和“变频器并网”指令输出,即控制变频器脱网。刹车程序 B180:关闭变桨 PI 控制,设定桨叶角度以(6 度/S)变向度;关闭“快速变桨”信号输出,将交流收桨切到电池直流收桨,变桨速度不受主控控制。扭矩降到 0 Nm。当扭矩=(100 Nm),关闭“变频器励磁”和“变频器并网”指令输出,即控制变频器脱网。刹车程序 B190:关闭变桨 PI 控制,设
10、定桨叶角度以(6 度/S)变向度;关闭“快速变桨”信号输出,将交流收桨切到电池直流收桨,变桨速度不受主控控制。刹车制动。刹车制动 30s 后松开。当发电机转速=(1200rpm),执行下面的步骤。扭矩在(1s)内扭矩逐步降到 0 Nm。当扭矩=(100 Nm),且发电机转速=(1200rpm),关闭“变频器励磁”和“变频器并网”指令输出,即控制变频器脱网。刹车程序 B200:断开安全链。刹车制动。关闭变桨 PI 控制,设定桨叶角度以(6 度/S)变向度;关闭“快速变桨”信号输出,将交流收桨切到电池直流收桨,变桨速度不受主控控制。扭矩降到 0 Nm。当扭矩 发电机风扇 1(侧风扇)启动发电机定子
11、温度。电网已连接。未触发影响发电机风扇 1 启动的相关故障。当满足下列条件之一的时候,发电机冷却风扇1 停止:发电机定子温度 发电机风扇 2(顶风扇)启动发电机定子温度。电网已连接。未触发影响发电机风扇 2 启动的相关故障。当满足下列条件之一的时候,发电机冷却风扇2 停止:发电机定子温度 发电机 3#风扇启动定子温度。未触发影响发电机风扇 3 启动的相关故障。当满足下列条件之一的时候,发电机冷却风扇3 停止:发电机定子温度 齿轮油风扇启动齿轮油温度。齿轮箱轴承 1 温度 齿轮箱轴承 1(输出轴靠输入端)风扇启动温度。齿轮箱轴承 2 温度 齿轮箱轴承 2(输出轴靠输出端)风扇启动温度。机舱内温度
12、 机舱需要冷却温度。未触发影响齿轮油冷却风扇启动的相关故障。触发影响齿轮油冷却风扇启动的相关故障时关闭风扇;如果未触发,当满足下面条件的时候,关闭齿轮箱油风扇:齿轮箱油温度 =齿轮油风扇关闭齿轮油温度。齿轮箱轴承 1 温度 =齿轮箱轴承 1(输出轴靠输入端)风扇停止 温度。齿轮箱轴承 2 温度 =齿轮箱轴承 2(输出轴靠输出端)风扇停止温度。机舱内温度 100rpm(齿轮油泵启动转速)。低速轴转速 3rpm。低速轴转速 3rpm、齿轮箱油温度 齿轮箱油加热启动齿轮油温度 并且齿轮箱油温度 第二齿轮油泵启动齿轮油温度。发电机电网连接。安全链正常。当满足下面条件之一时,齿轮箱旁路过滤器电机停止:齿
13、轮箱油温度第二齿轮油泵停止齿轮油温度。安全链断开。齿轮箱加热:当满足下面条件的时候,齿轮箱加热启动:齿轮箱油温度 齿轮油泵加热停止油温。发电机加热 当满足下面条件的时候,发电机加热启动:发电机定子温度5或者(发电机定子温度-机舱内温度)5,并且电网未连接。当满足下面条件的时候,发电机加热停止:发电机定子温度10且(发电机定子温度-机舱内部环境温度)5。并网连接。风速风向传感器加热 当满足下面条件的时候,风速风向传感器加热启动:机舱外温度 测风传感器加热停止户外温度。液压油泵电机 当满足下面条件的时候,液压油泵电机启动:液压站系统主压力 液压泵停止压力。出现影响液压油泵打压的故障。主轴润滑油泵
14、启动条件:按照设定时间间隔运行。低电压穿越 满足下面条件时进入低电压穿越控制:低电压穿越使能开启。变频器输出的低电压穿越信号为“0”。满足下面条件之一时退出低电压穿越控制:低电压穿越超时。触发故障停机。低电压穿越控制执行完成。低电压穿越控制策略:根据转速和变频器反馈扭矩将跌落工况分为大风高功率情况下跌落和小风低功率情况下跌落。跌落期间计算扭矩上限和下限恢复起点。电压跌落期间,如果是大风跌落,以最小 6/s 强制收桨,然后转到 PI 控制;如果是小风跌落,采用 PI 控制变桨。电压跌落期间,暂时屏蔽相关电网故障,在功率开始恢复后一段时间后取消对相关故障的屏蔽。功率恢复时将扭矩上限 SetTorq
15、ue_1 和扭矩下限 SetTorque_2 线性恢复到扭矩设定值。如果是大风跌落,采用 PI 控制扭矩;如果是小风跌落,扭矩采用先开环控制,当达到切入 PI 控制条件后转为 PI 控制。在低电压穿越超时、功率恢复超过 10s 或者触发故障时,退出低电压穿越控制。0-6 故障及其处理说明 横河主控一共定义了11种刹车等级,按照由高到低的顺序分别为B200、B190、B180、B175、B170、B75、B60、B56、B52、B50和Alarm。刹车等级越高,说明风机故障越严重,等级越低说明故障相对较低。风机的每一个状态码都有相对应的一个刹车等级,当状态码激活后,风机按照相应的刹车等级执行停机
16、程序。当多个刹车等级的状态码被激活时,风机按照最高等级的刹车程序进行停机处理。当风机刹车等级为Alarm时,只执行报警而不执行停机程序,所以风机可以继续运行。具体的状态码说明及处理建议将在后续内容中详述,为方便阅读本说明手册,现对相关格式做以下说明:(状态码):状态码名称 原因:状态码激活的原因或条件。备注:该故障码激活时的处理建议或说明。复位方式:A(自动)、M(手动)。刹车 200(B200)程序故障码(5):振动开关紧停(StopB0)原因:传感器检测到机舱剧烈振动。在系统中引起严重故障。备注:风机的检修绝对必要。复位方式:M (10):安全链断开紧停(StopB1)原因:安全链断开。通
17、常只有当有严重故障的时候才产生。备注:安全链电缆穿过整个机舱连接所有紧急停止按钮和安全继电器。当连接断开时,紧急制动器刹车。安全链断开可能由于急停、超速卡超速、主控安全链输出信号未给出、变桨维护等原因引起,可通过查询其他同时激活的 B200 故障码或检查安全链回路,确定故障源头。复位方式:A (16):机舱控制柜紧停(StopB2)原因:已经按下机舱控制柜上紧急停机按钮。备注:刹车制动。紧急停机按钮必须手动释放。复位方式:M (92):机舱便携盒紧停(StopB3)原因:已经按下便携盒上紧急停机按钮。备注:刹车制动。紧急停机按钮必须手动释放。复位方式:M (1404):变频器紧停(StopB4
18、)原因:已经按下塔基柜上紧急停机按钮。备注:刹车制动。紧急停机按钮必须手动释放。复位方式:M (319):齿轮箱超速卡紧停(StopB5)原因:WP2035 安全继电器已经检测到齿轮超速。备注:由强烈狂风引起。如果排除狂风引起超速,请检查超速卡整定值的设置或超速卡是否损坏,转速传感器是否损坏。复位方式:M (320):低速轴超速卡紧停(StopB6)原因:WP2035 安全继电器已经检测到转子超速。备注:由强烈狂风引起。如果排除狂风引起超速,请检查超速卡整定值的设置或超速卡是否损坏,亦有可能由于低速轴转速传感器装配间隙调整未在要求范围内引起。复位方式:M (317):低速轴超速紧停(StopB
19、7)原因:由强烈狂风引起的超速。低速轴转速 低速轴超速转速。这个 rpm 极限可能在保护平台上有所变化。备注:严重超速故障。如果排除狂风引起超速,请检查参数设置是否正确,亦有可能由于低速轴转速传感器装配间隙调整未在要求范围内引起。复位方式:M (328):齿轮超速紧停(StopB8)原因:由强烈狂风引起的超速。齿轮转速 齿轮超速转速。备注:严重的超速故障。如果排除狂风引起超速,请检查参数设置是否正确,亦有可能由于传感器损坏引起。复位方式:M (434):刹车 200 停机时间过长紧停(StopB9)原因:激活 B200 等级故障 20 秒后,低速轴转速12rpm 或发电机转速800rpm。备注
20、:非常严重的错误。虽然刹车已经制动和叶片紧急停止,但是风机仍然在运行。复位方式:M (490):刹车 180 时间过长紧停(StopB10)原因:激活 B180 等级故障 20 秒后,低速轴转速12rpm 或发电机转速800rpm。备注:严重错误。叶片调节可能失败。复位方式:M (491):刹车 190 时间过长紧停(StopB11)原因:激活 B190 等级故障 30 秒后,低速轴转速12rpm 或发电机转速800rpm。备注:严重错误。叶片调节可能失败。复位方式:M (550):瞬时功率过高紧停(StopB12)原因:瞬间功率超过在控制中定义的值。备注:严重故障。瞬时功率严重超限。复位方式
21、:M (2500):B180 桨叶 1 直流收桨速度过慢(StopB13)原因:B180 等级停机时,桨叶 1 直流收桨速度小于判断过慢设定值超过 2s。备注:安全系统有严重问题。可能由于变桨电机、变桨齿轮箱或者电池问题导致桨叶调整过于缓慢,亦可能由于参数设置问题引起。对判断变桨速度慢的相关参数或变桨系统做检查。复位方式:M (2501):B180 桨叶 2 直流收桨速度过慢(StopB14)原因:B180 等级停机时,桨叶 2 直流收桨速度小于判断过慢设定值超过 2s。备注:安全系统有严重问题。可能由于变桨电机、变桨齿轮箱或者电池问题导致桨叶调整过于缓慢,亦可能由于参数设置问题引起。对判断变
22、桨速度慢的相关参数或 变桨系统做检查。复位方式:M (2502):B180 桨叶 3 直流收桨速度过慢(StopB15)原因:B180 等级停机时,桨叶 3 直流收桨速度小于判断过慢设定值超过 2s。备注:安全系统有严重问题。可能由于变桨电机、变桨齿轮箱或者电池问题导致桨叶调整过于缓慢,亦可能由于参数设置问题引起。对判断变桨速度慢的相关参数或变桨系统做检查。复位方式:M 刹车 190(B190)程序故障码(1159):变桨触发限位开关超时(StopB20)原因:三面桨叶未同时触发限位。如果在一个设定的时间内,桨叶还未触发限位开关,则会报该故障。备注:严重的叶片调节错误。检查桨叶角度是否已经到达
23、 92 度,检查从变桨控制器到主控的限位开关信号回路是否正常,检查桨叶的零位的调整。复位方式:M (1919):B175 桨叶 1 直流收桨速度过慢(StopB21)原因:B180 等级停机时,桨叶 1 直流收桨速度小于判断过慢设定值超过 2s。备注:安全系统有严重问题。可能由于变桨电机、变桨齿轮箱或者电池问题导致桨叶调整过于缓慢,亦可能由于参数设置问题引起。对判断变桨速度慢的相关参数或变桨系统做检查。复位方式:M (1920):B175 桨叶 2 直流收桨速度过慢(StopB22)原因:B180 等级停机时,桨叶 2 直流收桨速度小于判断过慢设定值超过 2s。备注:安全系统有严重问题。可能由
24、于变桨电机、变桨齿轮箱或者电池问题导致桨叶调整过于缓慢,亦可能由于参数设置问题引起。对判断变桨速度慢的相关参数或变桨系统做检查。复位方式:M (1921):B175 桨叶 3 直流收桨速度过慢(StopB23)原因:B180 等级停机时,桨叶 3 直流收桨速度小于判断过慢设定值超过 2s。备注:安全系统有严重问题。可能由于变桨电机、变桨齿轮箱或者电池问题导致桨叶调整过于缓慢,亦可能由于参数设置问题引起。对判断变桨速度慢的相关参数或变桨系统做检查。复位方式:M (2503):B175 停机超时(StopB24)原因:激活 B175 等级故障 30 秒后,低速轴转速12rpm 或发电机转速800r
25、pm。备注:严重错误。叶片调节可能失败。复位方式:M 刹车 180(B180)程序故障码 (102):电压缺相(StopB30)原因:一相或多相电压低于倍额定电压。备注:一相或者多相电压发生深度跌落。可能由于闪电等原因造成电网的波动引起、或者由于跌落开关跳开引起、或者由于发生短路故障引起、或者由于电网测量模块故障等原因引起,应进行逐一排查。复位方式:主控设置电网故障自动复位 A 主控设置电网故障手动复位 M (111):相电压过低(StopB31)原因:一个或多个相位电压12rpm 或发电机转速800rpm。备注:叶片调节可能失败。请检查变桨系统。复位方式:M (2505):B75 交流收桨速
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