電動(dòng)變槳距風(fēng)電機(jī)組飛車原因及預(yù)控措施

全宏偉 趙凱

摘要：變槳距風(fēng)電機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)由一級(jí)制動(dòng)和二級(jí)制動(dòng)組成，一級(jí)制動(dòng)是依靠順槳實(shí)現(xiàn)葉輪轉(zhuǎn)速的下降，經(jīng)驗(yàn)表明空氣動(dòng)力學(xué)的制動(dòng)系統(tǒng)是相當(dāng)安全的制動(dòng)系統(tǒng)。它們能夠在數(shù)轉(zhuǎn)之內(nèi)將轉(zhuǎn)子停下。而且，制動(dòng)平和，沒有向塔和發(fā)電設(shè)備引入高的負(fù)載或磨損;二級(jí)制動(dòng)是依靠液壓剎車實(shí)現(xiàn)的制動(dòng)停機(jī)，一般手動(dòng)停機(jī)、安全鏈短路等機(jī)組會(huì)執(zhí)行級(jí)制動(dòng)。風(fēng)電機(jī)組先進(jìn)行一級(jí)制動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到設(shè)定范圍后二次制動(dòng)在動(dòng)作。

當(dāng)風(fēng)電機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)失效，葉輪轉(zhuǎn)速超過允許的額定轉(zhuǎn)速，且機(jī)組處于失控狀態(tài)時(shí)，風(fēng)機(jī)可能發(fā)生飛車事故。風(fēng)電機(jī)組飛車可造成倒塔、火災(zāi)等后果，因此預(yù)防機(jī)組飛車十分必要。

關(guān)鍵詞：變槳距風(fēng)電機(jī)組;風(fēng)電機(jī)組制動(dòng);風(fēng)機(jī)飛車;預(yù)控措施

引言

風(fēng)能是現(xiàn)今主要清潔能源之一，有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。截止2019年10月底，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量已突破2億千瓦。但隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)、設(shè)備老化、環(huán)境惡劣等因素的累積，機(jī)組出現(xiàn)故障、事故的情況也明顯增多。其中風(fēng)電機(jī)組飛車會(huì)造成風(fēng)機(jī)倒塔、火災(zāi)等事故后果。因此分析風(fēng)電機(jī)組飛車原因，清楚風(fēng)電機(jī)組飛車后果，找到行之有效的預(yù)控措施十分必要。

一、風(fēng)電機(jī)組飛車的原因

1.1風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)失效

機(jī)組控制系統(tǒng)失效包括CPU控制失效和變槳控制系統(tǒng)斷線等。CPU控制失效是指主控系統(tǒng)因故障無法發(fā)出停機(jī)命令，導(dǎo)致機(jī)組無順槳命令在高風(fēng)速下持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪持續(xù)增速最終導(dǎo)致飛車;變槳控制系統(tǒng)斷線是指主控系統(tǒng)發(fā)出順槳停機(jī)命令，但變槳控制系統(tǒng)由于斷線等原因無法執(zhí)行順槳命令。

1.2風(fēng)電機(jī)組超速模塊設(shè)定值過高或超速模塊損壞

超速模塊主要用于監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)及葉輪轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值時(shí)，主控系統(tǒng)會(huì)命令風(fēng)機(jī)順槳停機(jī)。機(jī)組超速模塊設(shè)定值過高會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)超設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速運(yùn)行，可能導(dǎo)致飛車倒塔;超速模塊損壞、模塊軟件失效或信號(hào)感知出現(xiàn)問題，會(huì)導(dǎo)致在機(jī)組超速時(shí)主控系統(tǒng)不能判斷故障，而引發(fā)飛車。

1.3風(fēng)電機(jī)組緊急順槳失敗

機(jī)組緊急順槳失敗包括緊急變槳系統(tǒng)失效和變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀無法順槳或無法順槳到位。緊急變槳系統(tǒng)失效多是由于變槳蓄電池欠壓、帶載能力不足，無法提供順槳?jiǎng)恿?dǎo)致;變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀多是由于變槳電機(jī)減速器、變槳大齒圈斷齒、卡澀，致使槳葉無法轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致順槳失敗。

二、風(fēng)電機(jī)組飛車對(duì)風(fēng)機(jī)的損害

2.1風(fēng)電機(jī)組葉片損壞

風(fēng)電機(jī)組葉輪高速旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力，當(dāng)離心力超過葉片的承載能力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致葉片折斷，造成葉片損壞。當(dāng)單支葉片折斷后，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組葉輪失去平衡，機(jī)組失去穩(wěn)定，最終因葉片折斷又會(huì)造成機(jī)組倒塔。

2.2?風(fēng)電機(jī)組倒塔

風(fēng)機(jī)機(jī)組飛車后，葉輪轉(zhuǎn)速會(huì)持續(xù)上升，如果葉輪轉(zhuǎn)速過高，風(fēng)機(jī)塔筒應(yīng)力超過其設(shè)計(jì)極限值后就會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組倒塔。

2.3風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)

風(fēng)電機(jī)組超速后，超速模塊會(huì)報(bào)超速信號(hào)，主控系統(tǒng)命令風(fēng)機(jī)順槳停機(jī)，如果風(fēng)機(jī)未完成順槳一級(jí)制動(dòng)的過程，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速任然很高的情況下，二級(jí)制動(dòng)液壓剎車系統(tǒng)就動(dòng)作，會(huì)造成剎車片與剎車盤高速摩擦，摩擦產(chǎn)生大量的高溫熔融物，當(dāng)高溫熔融物遇到電纜等可燃物后會(huì)引發(fā)機(jī)組火災(zāi)。

三、防止風(fēng)電機(jī)組飛車的措施

3.1提高風(fēng)電機(jī)組安全設(shè)計(jì)級(jí)別

提高風(fēng)電機(jī)組安全設(shè)計(jì)級(jí)別，保證主控系統(tǒng)控制邏輯正確、控制策略得當(dāng);監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)各種狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)監(jiān)測(cè)信號(hào)或反饋信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)，立即命令風(fēng)電機(jī)組順槳停機(jī);提高安全鏈安全等級(jí)，安全鏈?zhǔn)且粋€(gè)安全方面的傳感器串連硬件電路，與控制系統(tǒng)相互獨(dú)立（“硬件實(shí)現(xiàn)的”）。如果發(fā)生串連信號(hào)中的某些事故，安全鏈就斷開，安全鏈的中斷就會(huì)觸發(fā)兩個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)（葉片節(jié)距制動(dòng)和盤式制動(dòng)器）。因此安全鏈的設(shè)置能夠確保WTGS進(jìn)入安全狀態(tài)。

3.2加強(qiáng)傳感器監(jiān)控和響應(yīng)

將重要傳感器信號(hào)接入安全鏈中，如將轉(zhuǎn)子超速和發(fā)電機(jī)超速信號(hào)接入安全鏈。同時(shí)，定期對(duì)機(jī)組進(jìn)行超速測(cè)試，確保軟件超速保護(hù)動(dòng)作正常，控制系統(tǒng)能將機(jī)組安全停止。確保硬件超速保護(hù)模塊動(dòng)作正常，可以斷開安全鏈信號(hào)，即使在軟超速完全失效情況下，變槳系統(tǒng)可以有效的執(zhí)行緊急順槳?jiǎng)幼鳌?/p>

3.3?提高緊急變槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平，保證緊急變槳系統(tǒng)安全可靠

目前部分風(fēng)機(jī)廠商緊急變槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念還比較落后，僅提供變槳蓄電池電壓整體檢測(cè)功能，且需要手動(dòng)變槳測(cè)試，觀察變槳蓄電池帶載能力僅通過響應(yīng)時(shí)間來判斷，因此無法正確評(píng)估電池容量、和系統(tǒng)帶載能力，提高設(shè)計(jì)理念和電池檢測(cè)水平是保證緊急變槳系統(tǒng)隨時(shí)備用的必要條件。風(fēng)電機(jī)組有一個(gè)葉片順槳就可以有效的降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，有兩個(gè)葉片順槳就能安全停機(jī)，因此有必要將機(jī)組變槳系統(tǒng)設(shè)置為獨(dú)立變槳系統(tǒng)，變槳蓄電池及充電檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置為獨(dú)立電池檢測(cè)系統(tǒng)，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一塊變槳蓄電池的電壓及帶載能力，保證緊急變槳系統(tǒng)安全可靠。同時(shí)要加強(qiáng)變槳電機(jī)、變槳減速器、變槳大齒圈等變槳執(zhí)行機(jī)構(gòu)的維護(hù)，保證變槳順暢、無卡頓現(xiàn)象。

以GE1.5MW風(fēng)電機(jī)組為例，該機(jī)型設(shè)計(jì)為獨(dú)立變槳系統(tǒng)，三支葉片根部設(shè)置電池柜及變槳軸柜，每個(gè)電池柜內(nèi)設(shè)置4枚變槳蓄電池，每個(gè)蓄電池配置一塊蓄電池充電板卡，用于蓄電池充電及電池電流、電壓、帶載能力等重要參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)。置于軸柜的AEPA控制板卡每30分鐘對(duì)電池進(jìn)行一次自檢，通過將負(fù)載電阻器短暫接到蓄電池上，測(cè)量蓄電池放電響應(yīng)。風(fēng)機(jī)PLC每400小時(shí)進(jìn)行一次電池測(cè)試，每個(gè)槳葉單獨(dú)執(zhí)行，將槳距由0°調(diào)整為90°，PLC測(cè)量位置角隨時(shí)間的變化。同時(shí)，GE機(jī)組將重要信號(hào)串入安全鏈中，當(dāng)信號(hào)或反饋中斷，安全鏈中斷導(dǎo)致風(fēng)機(jī)緊急順槳停機(jī)，保證機(jī)組安全。

四、風(fēng)電機(jī)組飛車后應(yīng)采取的有效措施

4.1手動(dòng)變槳使風(fēng)電機(jī)組順槳停機(jī)

通過塔底或遠(yuǎn)程手動(dòng)變槳模式對(duì)風(fēng)電機(jī)組槳葉進(jìn)行手動(dòng)回槳，如手動(dòng)變槳成功，風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速隨之降低。

4.2斷開UPS及輪轂400V電源，讓風(fēng)機(jī)緊急順槳

有些機(jī)型可以通過斷開UPS電壓和輪轂400V電源讓風(fēng)機(jī)失去主控電源，將葉片順槳的工作完全交給蓄電池，激發(fā)風(fēng)機(jī)緊急順槳功能。但此時(shí)要注意，一定要保證風(fēng)機(jī)緊急順槳功能能夠正常執(zhí)行，變槳蓄電池帶載能力滿足要求，否則風(fēng)機(jī)不僅不能緊急順槳還會(huì)失去控制電源，造成嚴(yán)重后果。

4.3保證機(jī)組在網(wǎng)運(yùn)行，防止脫網(wǎng)

禁止人為使風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)失電后，發(fā)電機(jī)失去反向電磁扭矩，無反向電磁扭矩的限制風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速將持續(xù)上升。

4.4手動(dòng)偏航使風(fēng)機(jī)偏離主風(fēng)向

當(dāng)手動(dòng)變槳無效時(shí)可以嘗試手動(dòng)偏航使風(fēng)機(jī)葉輪偏離主風(fēng)向，降低葉片升力，從而降低葉輪轉(zhuǎn)速。但因風(fēng)機(jī)手動(dòng)偏航也由PLC發(fā)控制信號(hào)且偏航設(shè)置保護(hù)等功能，當(dāng)機(jī)組飛車后機(jī)組偏航系統(tǒng)多數(shù)無法手動(dòng)控制，因此可以通過偏航技改，設(shè)置備用偏航系統(tǒng)，使用最直接的方法，在特殊情況下將控制電源和動(dòng)力電源直接供給偏航電機(jī)，不經(jīng)過控制和保護(hù)等元件，使偏航電機(jī)剎車松開，使偏航電機(jī)帶電動(dòng)作，保證風(fēng)機(jī)能夠順利偏航。

五、結(jié) 語

正確預(yù)控和處理風(fēng)電機(jī)組飛車可以避免風(fēng)機(jī)葉片損壞、風(fēng)機(jī)倒塔、風(fēng)機(jī)火災(zāi)等事故的發(fā)生，在機(jī)組發(fā)生飛車后通過手動(dòng)變槳和手動(dòng)偏航是最有效的降低葉輪轉(zhuǎn)速的手段，但手動(dòng)變槳多數(shù)情況無法正常控制，所以手動(dòng)偏航是控制風(fēng)機(jī)飛車最行之有效的方式，因此對(duì)風(fēng)電機(jī)組偏航進(jìn)行備用系統(tǒng)技改對(duì)防范機(jī)組飛車十分必要。

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作者簡(jiǎn)介：

全宏偉（1986），男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，大學(xué)本科，安全專責(zé)，主要從事安全管理及風(fēng)電機(jī)組檢修維護(hù)工作。

趙凱（1988），男，遼寧朝陽人，大學(xué)本科，安全專責(zé)，主要從事安全管理及風(fēng)電機(jī)組檢修維護(hù)工作。