明陽風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控系統(tǒng)調(diào)試過程中故障分析與處理

劉英杰

（華能包頭風(fēng)力發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

1 引言

華能茂明二期風(fēng)電項(xiàng)目風(fēng)機(jī)采用明陽 MY1.5se型1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組為雙饋線風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，控制系統(tǒng)采用德國Beckhoff的硬件和軟件系統(tǒng)（實(shí)時(shí)軟PLC“TwinCAT”和嵌入式PC（CX1020）），主要部件組成如下：

（1）塔基控制柜：位于風(fēng)機(jī)底層。

（2）機(jī)艙控制柜：位于風(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)。

2 主控系統(tǒng)原理及調(diào)試常用代碼

整個(gè)控制系統(tǒng)以總線方式連接，控制柜質(zhì)檢通過光纖現(xiàn)場總線進(jìn)行通信，通過CANbus接口實(shí)現(xiàn)振動監(jiān)控和變頻器的連接，通過Profibus接口實(shí)現(xiàn)變槳系統(tǒng)的連接，通過 EtherNET接口將風(fēng)機(jī)接入以太網(wǎng)組成集散控制系統(tǒng)，另有近200多個(gè)IO點(diǎn)直接接入控制系統(tǒng)。

該控制系統(tǒng)擁有兩個(gè)分離的EtherCAT（開放的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議）控制環(huán)，一個(gè)用于風(fēng)機(jī)內(nèi)部，一個(gè)用于高速風(fēng)場通信。通過EtherCAT總線冗余提高了安全性和可靠性。掃描時(shí)間為 1ms，TwinCAT SAFE安全端子獨(dú)立于CPU運(yùn)行，當(dāng)CPU出現(xiàn)故障時(shí)，安全系統(tǒng)保證機(jī)組在極端情況下的順利停機(jī)。

2.1 安全鏈的工作原理

安全鏈?zhǔn)仟?dú)立于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的最高一級保護(hù)措施。采用反邏輯設(shè)計(jì)，將導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于危險(xiǎn)狀態(tài)的故障接點(diǎn)串聯(lián)成一個(gè)回路，一旦其中任何一個(gè)接點(diǎn)動作斷開，安全鏈將斷開，觸發(fā)緊急停機(jī)。緊急停機(jī)后，只能手動復(fù)位后才能重新起動。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全鏈中包含的接點(diǎn)有：

（1）塔基急停按鈕信號。

（2）機(jī)艙急停按鈕信號。

（3）變槳急停信號。

（4）PCH振動大急停信號。

（5）扭纜開關(guān)保護(hù)信號。

（6）超速監(jiān)視器超速信號。

（7）PLC系統(tǒng)故障。

機(jī)組安全鏈中任意接點(diǎn)斷開都將引起機(jī)組急停，急停包括兩個(gè)狀態(tài)：急停1（剎車模式200）和急停2（剎車模式210）狀態(tài)。急停1狀態(tài)由除急停按鈕以外的安全鏈接點(diǎn)中的其他接點(diǎn)斷開引起，急停2狀態(tài)由急停按鈕觸發(fā)引起。

2.2 安全鏈斷開后，機(jī)組動作描述

PLC發(fā)出變槳緊急順槳（EFC_signal）信號（389K4由吸合位置復(fù)位,205U3的1，2端子之間電壓為0）。

機(jī)組緊急快速停機(jī)，變槳由蓄電池供電轉(zhuǎn)到91°。

機(jī)艙DO輸出24VDC電源斷開（389K2由吸合位置復(fù)位，378ST0的2，3端子之間電壓為0），輸出指令切斷。

當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)速監(jiān)視器設(shè)定抱閘轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子制動器抱閘。

2.3 剎車模式200、剎車模式210

機(jī)組急停故障代碼，機(jī)組安全鏈中任意節(jié)點(diǎn)斷開都將引起機(jī)組急停，急停按鈕引起的急停及為剎車模式 210，急停按鈕外的安全鏈接點(diǎn)引起的急停為剎車模式200。

3 主控系統(tǒng)的調(diào)試

本部分調(diào)試致是主控系統(tǒng)的調(diào)試檢查項(xiàng)目，以下過程認(rèn)為變頻、變槳、偏航等系統(tǒng)調(diào)試已調(diào)試完畢，風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)試主要分為以下幾個(gè)步驟。

3.1 通電前檢查

主要檢查控制系統(tǒng)內(nèi)各部件固定，接地網(wǎng)連接可靠，內(nèi)部電源回路連接正確，各系統(tǒng)之間通信線纜或光纖連接正確。檢查柜內(nèi)連接線絕緣良好。

3.2 通電后檢查

通電后，逐級、逐個(gè)開關(guān)合閘，并測量、檢查、記錄開關(guān)出口端電壓。

（1）將做好的系統(tǒng)Ghost至主控PLC的CF卡中。

（2）為確保系統(tǒng)內(nèi)程序正常，可對系統(tǒng)內(nèi)各程序進(jìn)行重新安裝確保程序的完整性。

（3）設(shè)定本機(jī)的IP地址。

（4）用筆記本連接PLC設(shè)定各項(xiàng)參數(shù)。

（5）檢查各系統(tǒng)與主控系統(tǒng)通信正常。

（6）檢查接入主控系統(tǒng)各IO信號是否正確。

（7）復(fù)位安全鏈，檢查各安全接點(diǎn)斷開是否能夠引起機(jī)組急停（即剎車200和剎車210模式），并檢查機(jī)組動作邏輯是否正確。

（8）在安全鏈正常時(shí)，且各設(shè)備的相關(guān)保護(hù)條件不成立，通過控制面板的手動控制界面可進(jìn)行手動控制，檢查各部分能夠正常動作。

（9）經(jīng)過以上調(diào)試，主控系統(tǒng)調(diào)試基本完成，可以進(jìn)行風(fēng)機(jī)的并網(wǎng)、超速等試驗(yàn)。

4 主控系統(tǒng)調(diào)試中的故障及處理方法

4.1 無法搜到WinCE系統(tǒng)

原因及解決方法：

（1）本機(jī)與WinCE不在同一個(gè)域中。

檢查本機(jī)的 IP地址是否為 192.168.1.XXX。（XXX為1～255任意數(shù)）。

（2）系統(tǒng)GHOST不正常，或未進(jìn)行GHOST；重新GHOST系統(tǒng)。

（3）PLC的IP地址與本機(jī)一致；更換本機(jī)調(diào)試電腦的IP地址。

在PLC處于運(yùn)行模式下搜索系統(tǒng)，確保本地連接正常。如果搜索一次兩次搜索不到，可以多搜索幾次。

4.2 搜索系統(tǒng)模塊時(shí)，無法搜索到部分模塊

原因及解決方法：

（1）模塊通信故障，能搜索到塔基柜模塊，無法搜索到機(jī)艙柜模塊。

檢查光纖通信，交換通信端口，檢查光纖盒通信端口，直到光電轉(zhuǎn)換器3個(gè)指示燈全亮且呈閃爍通信正常。

（2）模塊故障

檢查所有模塊數(shù)量、類型、位置是否正確；更換終端模塊KL9010。

從能搜索到的模塊開始，按照模塊順序逐一增加下一個(gè)模塊和終端模塊KL9010。重新搜索直到找到問題模塊。檢查問題模塊接線、更換模塊。

通常是光纖通信不對引起?？山粨Q通信端口。但有時(shí)是模塊接觸不良導(dǎo)致，建議在調(diào)試前先將所有模塊壓緊。

4.3 無法下載安全鏈

原因及解決方法：

（1）找不到安全鏈序列號

1）檢查安全鏈模塊KL6904序列號。

2）重新運(yùn)行系統(tǒng)。

3）更換KL6904。

（2）KL6904序列號錯誤

檢查搜索KL6904序列號與模塊本身序列號是否一致。

（3）密碼錯誤

重新輸入密碼，重新下載。

（4）無TwinSAFE Verifier11_09

安裝軟件TcSAFEVerifier11_09.exe即可。

（5）以上條件都正常，就是無法下載安全鏈。TwinCAT程序庫文件不全，補(bǔ)充庫文件。

需要注意的是，安全鏈的下載是在模塊搜索和運(yùn)行正常的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。一般是KL6904序列號引起。

4.4 安全鏈無法復(fù)位

原因及解決方法：（1）剎車模式210

1）由輪轂急停導(dǎo)致的，檢查機(jī)艙柜輪轂急停信號是否短接（LUST系統(tǒng)短接，聯(lián)調(diào)SSB系統(tǒng)時(shí)不短接，單調(diào)主控時(shí)短接）。

2）機(jī)艙急停觸發(fā)、拔出機(jī)艙急停。如果拔出后仍然報(bào)機(jī)艙急停故障，檢查機(jī)艙急停信號輸入線路是否正確。

3）塔基急停觸發(fā)、拔出塔基急停。如果拔出后仍然報(bào)塔基急停故障，檢查塔基急停信號輸入線路是否正確。

（2）由PCH引起的剎車模式200。

1）檢查 PCH是否安裝，并給 PCH復(fù)位（將25針腳插頭的25腳接0伏 2秒左右）。

2）檢查25針腳插頭接線是否正確。

（3）其他問題導(dǎo)致的剎車模式200

1）檢查安全模塊需要短接的通道是否短接（廠內(nèi)調(diào)試）

2）檢查所有的安全模塊 KL6904、KL2904、KL1904的序列號和模塊狀態(tài)是否正常。

3）檢安全鏈模塊接線是否正確。

4）接觸器或者繼電器輸入線圈電阻失效導(dǎo)致安全鏈輸出端口錯誤。

5）以上都正常，對照原理圖將安全鏈該短接的輸入都短接，再復(fù)位安全鏈。復(fù)位成功，則逐一恢復(fù)接線，直到找出問題通道。然后檢查該通道的所有接線以及元器件。例如：常開常閉點(diǎn)的檢查和繼電器電阻檢查

6）如果復(fù)位不了，可更換安全鏈模塊。

4.5 剎車模式199，安全鏈復(fù)位不了

對照原理圖檢查需要短接安全鏈模塊通道是否短接，例如：順時(shí)針解纜和逆時(shí)針解纜。

4.6 遠(yuǎn)程無法復(fù)位安全鏈

本地可以復(fù)位安全鏈檢查塔基和機(jī)艙是否處于機(jī)組維護(hù)模式。取消機(jī)組維護(hù)模式。

首先可通過狀態(tài)代碼界面確定是 3種急停中的哪種急停導(dǎo)致的故障。然后重點(diǎn)檢查其急停按鈕和回路。

檢查時(shí)應(yīng)先按照解決方法由1到4逐一檢查。在前幾項(xiàng)正常的情況下采用5檢查。

4.7 強(qiáng)制輸出，接觸器無動作

原因及解決方法：

（1）安全鏈沒有復(fù)位復(fù)位安全鏈。（2）接線

檢查輸出通道信號是否正常。輸出通道到元器件的接線是否正常。

（3）元器件

通道信號輸出正常、接線無誤、更換元器件。

4.8 動作接觸器和空開，檢測不到輸入信號

原因及解決方法：

（1）檢查

檢查元器件側(cè)的接線和元器件到輸入模塊通道的接線是否正常。（例如元器件的信號輔助觸點(diǎn)常開常閉接線是否正常）。

（2）元器件

元器件動作后，輔助觸點(diǎn)無動作。更換元器件。（3）模塊

以上兩點(diǎn)都正確，有信號輸入模塊，可系統(tǒng)讀不到信號。檢查模塊是否鏈接到系統(tǒng)。刷新模塊最后更新模塊。

4.9 PCH通信不正常

原因及解決方法：

（1）接線導(dǎo)致

檢查 EL6751模塊插頭接線是否正常。模塊端和PCH端通信插頭的3、8針腳接線是否一致。

（2）終端電阻

檢查通信頭兩端是否都焊接有120?的終端電阻。（3）屏蔽線

檢查屏蔽線有沒有接到位。（4）25針插頭接線錯誤

檢查25針腳插頭電源輸入是否正常。

（5）PCH參數(shù)設(shè)置錯誤

重新設(shè)置PCH參數(shù)。

4.10 PCH無法復(fù)位

原因及解決方法：

（1）接線錯誤

對照原理圖檢查PCH的25針腳接線。

（2）PCH內(nèi)部故障

接線無誤時(shí)，更換PCH。

通常用硬件線復(fù)位，即將25針腳接0伏2秒以上。

5 調(diào)試過程分析

風(fēng)機(jī)控制調(diào)試過程，主要要注意不要有漏項(xiàng)，尤其是安全鏈內(nèi)的各接點(diǎn)檢查。

調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題大部分是由于接線錯誤或接線接觸不良引起的，很少是由于元件損壞引起的，因此出現(xiàn)問題，應(yīng)首先考慮接線檢查。

控制通信問題多是由于軟件設(shè)置引起，例如IP地址設(shè)定等，因此，出現(xiàn)問題應(yīng)首先檢查各參數(shù)設(shè)定是否正確，檢查程序是否完整。

總之，風(fēng)機(jī)調(diào)試要做到細(xì)致入微，做到按部就班，不可操之過急，以免因?yàn)槭杪┰斐娠L(fēng)機(jī)故障。

[1] 廣東明陽風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司.MY1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組作業(yè)指導(dǎo)文件.

[2] 廣東明陽風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司.MY1.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組用戶操作手冊.

劉英杰（1982-），工程師，現(xiàn)從事風(fēng)電建設(shè)管理工作。