關(guān)于風(fēng)電機(jī)組接近開關(guān)引發(fā)的故障分析

李暢 鄔勇

摘 要：接近開關(guān)作為一種非接觸位置判斷型的傳感器，廣為應(yīng)用在風(fēng)電機(jī)組的自動(dòng)檢測(cè)單元，常見如用于葉片轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)方向、偏航位置計(jì)量、高速軸轉(zhuǎn)速、低速軸轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速等信號(hào)測(cè)量，本文對(duì)風(fēng)電機(jī)組中接近開關(guān)信號(hào)異常導(dǎo)致機(jī)組故障停機(jī)展開論述。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速;接近開關(guān);信號(hào)干擾;超速模塊;PLC;偏航

1 風(fēng)電機(jī)組中接近開關(guān)信號(hào)異常觸發(fā)的常見故障

接近開關(guān)應(yīng)用在風(fēng)電機(jī)組多處轉(zhuǎn)速、位置等信號(hào)的測(cè)量，如果接近開關(guān)的工作中反饋錯(cuò)誤信號(hào)將導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組接收信號(hào)異常而無法起到監(jiān)測(cè)和保護(hù)的作用，使機(jī)組故障停機(jī)?，F(xiàn)以東汽FD116A-2WM機(jī)型為例介紹幾類常見的接近開關(guān)信號(hào)異常觸發(fā)故障：

（1）齒輪箱超速緊停和齒輪箱軟超速緊停。風(fēng)電機(jī)組齒輪箱高速軸端安裝有一接近開關(guān)，高速軸端有一凸出金屬感應(yīng)齒，即高速軸每旋轉(zhuǎn)一周接近開關(guān)靠近金屬感應(yīng)齒一次，接近開關(guān)將感應(yīng)高電平信號(hào)傳輸至PLC和超速模塊，PLC設(shè)定有軟件超速保護(hù)定值，超速模塊設(shè)定有硬件超速保護(hù)定值，當(dāng)PLC接收到的高電平信號(hào)頻率超過軟件超速保護(hù)定值風(fēng)電機(jī)組即報(bào)齒輪箱軟超速緊停故障停機(jī);當(dāng)超速模塊接收到高電平信號(hào)頻率超過硬件超速保護(hù)定值超速模塊將斷開風(fēng)電機(jī)組安全鏈，同時(shí)風(fēng)電機(jī)組報(bào)齒輪箱超速緊停故障停機(jī)。

（2）低速軸超速緊停和低速軸軟超速緊停。與齒輪箱超速緊停和軟超速緊停故障判斷邏輯相同，低速軸前軸承側(cè)安裝有兩個(gè)接近開關(guān)，其中一個(gè)接近開關(guān)用來計(jì)量轉(zhuǎn)速信號(hào)，低速軸前軸承側(cè)有24個(gè)凸出金屬感應(yīng)齒，即低速軸每旋轉(zhuǎn)一周接近開關(guān)感應(yīng)出24個(gè)高電平信號(hào)，高電平信號(hào)傳輸至PLC和低速軸超速模塊，PLC同樣設(shè)有軟件超速保護(hù)定值，低速軸超速模塊設(shè)定有硬件超速保護(hù)定值，當(dāng)PLC接收到的高電平信號(hào)頻率超過軟件超速保護(hù)定值風(fēng)電機(jī)組即報(bào)低速軸軟超速緊停故障停機(jī);當(dāng)?shù)退佥S超速模塊接收到高電平信號(hào)頻率超過硬件超速保護(hù)定值低速軸超速模塊將斷開風(fēng)電機(jī)組安全鏈，同時(shí)風(fēng)電機(jī)組報(bào)低速軸超速緊停故障停機(jī)。

（3）高速軸或低速軸轉(zhuǎn)速傳感器失效。在風(fēng)速大于風(fēng)電機(jī)組啟動(dòng)風(fēng)速時(shí)，PLC監(jiān)測(cè)到低速軸剎車釋放同時(shí)傳動(dòng)鏈其它（低速軸側(cè)、發(fā)電機(jī)側(cè)）接近開關(guān)有一定轉(zhuǎn)速信號(hào)的情況下，高速軸轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過換算后持續(xù)小于低速軸轉(zhuǎn)速或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定比例時(shí)，風(fēng)電機(jī)組報(bào)高速軸傳感器失效故障停機(jī)。

與高速軸轉(zhuǎn)速傳感器失效故障判斷邏輯相同，PLC監(jiān)測(cè)到低速軸剎車釋放同時(shí)傳動(dòng)鏈其它（高速軸側(cè)、發(fā)電機(jī)側(cè)）接近開關(guān)有一定轉(zhuǎn)速信號(hào)的情況下，低速軸轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過換算后持續(xù)小于高速軸轉(zhuǎn)速或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定比例時(shí)，風(fēng)電機(jī)組報(bào)低速軸傳感器失效故障停機(jī)。

（4）低速軸反向。低速軸前軸承側(cè)安裝有兩個(gè)接近開關(guān)，兩個(gè)接近開關(guān)一前一后安裝在低速軸前軸承側(cè)，低速軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)接近開關(guān)會(huì)有先后順序的觸發(fā)，當(dāng)兩個(gè)接近開關(guān)觸發(fā)反饋信號(hào)為“00--10-11-01-00”（0為低電平，1為高電平）一個(gè)周期時(shí)，PLC即判斷低速軸正向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)兩個(gè)接近開關(guān)觸發(fā)反饋信號(hào)為“00-01-11-10-00”一個(gè)周期時(shí)，PLC即判斷低速軸反向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)電機(jī)組報(bào)低速軸反向故障停機(jī)。

（5）偏航傳感器失效及偏航方向出錯(cuò)。偏航齒圈側(cè)安裝有兩個(gè)接近開關(guān)，偏航齒圈有118個(gè)齒，風(fēng)電機(jī)組順時(shí)針偏航一個(gè)齒的角度3.05°（360°/118），兩個(gè)接近開關(guān)會(huì)觸發(fā)并反饋信號(hào)為“00--10-11-01-00”（0為低電平，1為高電平）一個(gè)周期，PLC接收到這種周期脈沖即計(jì)量順時(shí)針偏航一個(gè)齒的角度為360°/118=3.05°，同理，風(fēng)電機(jī)組逆時(shí)針偏航一個(gè)齒的角度，兩個(gè)接近開關(guān)會(huì)觸發(fā)并反饋信號(hào)為“00--01-11-10-00”（0為低電平，1為高電平）一個(gè)周期，PLC接收到這種周期脈沖即計(jì)量逆時(shí)針偏航一個(gè)齒的角度3.05°（360°/118）;當(dāng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)出偏航指令持續(xù)一段時(shí)間，未接收任何一個(gè)接近開關(guān)觸發(fā)信號(hào)時(shí)，風(fēng)電機(jī)組即報(bào)偏航傳感器失效故障停機(jī)，當(dāng)風(fēng)電機(jī)組發(fā)出一種方向的自動(dòng)偏航指令時(shí)，兩個(gè)接近開關(guān)反饋的周期信號(hào)計(jì)量偏航位置角度變化與自動(dòng)偏航指令方向相反時(shí)，風(fēng)電機(jī)組即報(bào)偏航方向錯(cuò)誤故障停機(jī)。

2 風(fēng)電機(jī)組中接近開關(guān)信號(hào)異常觸發(fā)故障的處理

結(jié)合接近開關(guān)的重要技術(shù)參數(shù)以及實(shí)際應(yīng)用情況，接近開關(guān)信號(hào)異常的排查和處理可從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行。

接近開關(guān)的工作電源。接近開關(guān)有其的工作電源電壓要求，風(fēng)電機(jī)組中常用接近開關(guān)電源電壓范圍為15-30V DC，同時(shí)接近開關(guān)屬開關(guān)型傳感器，其電源穩(wěn)定性直接影響到反饋信號(hào)穩(wěn)定性，可使用示波器對(duì)其電源穩(wěn)定性進(jìn)行檢查。

接近開關(guān)的安裝尺寸。接近開關(guān)由電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作，因此應(yīng)檢查接近開關(guān)安裝是否牢固，其兩個(gè)接近開關(guān)的間距是否滿足要求，接近開關(guān)安裝支架距離是否足夠，同時(shí)確認(rèn)其實(shí)際感應(yīng)距離應(yīng)小于0.5倍額定開關(guān)距離。

接近開關(guān)的工作環(huán)境。風(fēng)機(jī)機(jī)組中接近開關(guān)安裝處多處于軸承潤(rùn)滑處，軸承排出的潤(rùn)滑油脂經(jīng)常會(huì)干擾到接近開關(guān)的運(yùn)行，接近開關(guān)表面是否油脂覆蓋，對(duì)接近開關(guān)上的油脂進(jìn)行清理，同時(shí)應(yīng)對(duì)其工作范圍內(nèi)是否有其他金屬異物干擾進(jìn)行檢查和處理。

3 接近開關(guān)信號(hào)的電磁干擾問題

風(fēng)電機(jī)組中選用接近開關(guān)反饋信號(hào)通常為0到24V DC電壓信號(hào)，鑒于接近開關(guān)所發(fā)出的電壓型信號(hào)易受電磁干擾的特點(diǎn)，當(dāng)出現(xiàn)信號(hào)反饋異常后進(jìn)行以上常規(guī)的四種故障原因排查后，如果對(duì)接近開關(guān)進(jìn)行更換仍未解決信號(hào)異常問題，應(yīng)重點(diǎn)檢查接近開關(guān)的信號(hào)干擾問題。

接近開關(guān)所使用信號(hào)電纜多采用帶屏蔽層的信號(hào)電纜，實(shí)際運(yùn)維中應(yīng)對(duì)接近開關(guān)的屏蔽電纜接地情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)屏蔽線接地可靠，敷設(shè)信號(hào)電纜盡量遠(yuǎn)離動(dòng)力電源線，如確實(shí)分不開時(shí)可采取十字交叉方式。

如接地仍無法減弱信號(hào)干擾的影響，可在信號(hào)輸入側(cè)并聯(lián)一個(gè)0.1uF的小電容和一個(gè)1MΩ的電阻對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行過濾和消除。

前面兩種情況從硬件角度對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行隔離和過濾，同樣在軟件算法方面也可以對(duì)信號(hào)源進(jìn)行過濾，風(fēng)電機(jī)組每個(gè)位置所安裝的接近開關(guān)主要用于檢測(cè)轉(zhuǎn)速，不同位置的部件均有其轉(zhuǎn)速工作范圍，同樣不同位置的轉(zhuǎn)速的變化速率也在一定范圍內(nèi)，而不同形式的電磁干擾信號(hào)也有其固定的頻率范圍。根據(jù)正常信號(hào)與干擾信號(hào)的不同特點(diǎn)，可以在軟件算法中加入各種濾波算法進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，最終確定合適的濾波算法以達(dá)到清除干擾信號(hào)的目的。

結(jié)語：風(fēng)電機(jī)組主要設(shè)備安裝在60-150米的高空中，它不容許眾多部件的故障頻發(fā)而經(jīng)常維修，接近開關(guān)作為風(fēng)電機(jī)組多項(xiàng)重要數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的傳感元件，由于現(xiàn)場(chǎng)工況，維護(hù)工藝的各種原因?qū)е鹿收项l發(fā)，檢修人員應(yīng)從根本上掌握其特性，判斷異常的真實(shí)原因，從而消除這種批量性的缺陷，確保風(fēng)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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[3] 四川省能投鹽邊新能源開發(fā)有限公司《故障處理手冊(cè)》.2018

作者簡(jiǎn)介：李暢（1991--），男，四川省能投鹽邊新能源開發(fā)有限公司、研究方向：風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維檢修、四川省成都市武侯區(qū)航空路1號(hào)國(guó)航世紀(jì)中心8F

鄔勇（1974--），男，四川省能投鹽邊新能源開發(fā)有限公司、研究方向：風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理、四川省成都市武侯區(qū)航空路1號(hào)國(guó)航世紀(jì)中心8F