淺談金風(fēng)2.5WM機(jī)組安全鏈系統(tǒng)及其典型故障研究

劉 歡，邢海軍，張佛詳

(國(guó)華(哈密)新能源有限公司，新疆 哈密 839000)

1 金風(fēng)2.5WM機(jī)組安全鏈系統(tǒng)元器件介紹

金風(fēng)2.5WM機(jī)組安全鏈系統(tǒng)以“失效—保護(hù)”的反邏輯原則進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]，將緊急停機(jī)按鈕、PLC急停信號(hào)、偏航扭纜開(kāi)關(guān)、振動(dòng)開(kāi)關(guān)、超速模塊、變槳內(nèi)部安全鏈可能對(duì)機(jī)組造成嚴(yán)重傷害的故障節(jié)點(diǎn)串聯(lián)在一條回路上，其中任意節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，機(jī)組立刻緊急停機(jī)，并使主控系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)處于閉鎖狀態(tài)，從而最大限度地保證機(jī)組的安全[2]。

1.1 緊急停機(jī)按鈕

當(dāng)按下緊急停機(jī)按鈕時(shí)必須要保證機(jī)組能夠立刻停機(jī)，因此金風(fēng)2.5WM機(jī)組將主控系統(tǒng)急停按鈕、機(jī)艙系統(tǒng)急停按鈕作為重要故障節(jié)點(diǎn)串聯(lián)在安全鏈上，當(dāng)急停按鈕被按下時(shí)會(huì)觸發(fā)安全鏈，機(jī)組立刻停機(jī)以保護(hù)設(shè)備與人員安全。

1.2 PLC急停信號(hào)

金風(fēng)2.5WM機(jī)組控制系統(tǒng)采用的是德國(guó)倍福PLC模塊，PLC模塊每個(gè)掃描周期按照從上到下從左往右的順序依次掃描程序，當(dāng)PLC程序陷入死循環(huán)時(shí)，會(huì)報(bào)出看門狗錯(cuò)誤(掃描周期超過(guò)500ms)。當(dāng)程序陷入死循環(huán)，PLC模塊不能發(fā)出控制指令，因此將PLC急停信號(hào)串聯(lián)在安全鏈中，保證故障發(fā)生時(shí)能夠立刻停機(jī)保護(hù)機(jī)組安全。

1.3 偏航扭纜開(kāi)關(guān)

金風(fēng)2.5WM機(jī)組通過(guò)凸輪計(jì)數(shù)器計(jì)算偏航行程，在機(jī)組調(diào)試時(shí)偏航角度一般設(shè)置在±800°，當(dāng)偏航角度超過(guò)±800°時(shí)機(jī)組將自行解纜，機(jī)組允許的偏航極限角度為±900°，超過(guò)此角度則線纜存在被扭斷的情況。偏航扭纜開(kāi)關(guān)安裝在凸輪計(jì)數(shù)器中，為偏航角度的極限開(kāi)關(guān)，因此將其串聯(lián)在安全鏈中，保護(hù)機(jī)組線纜安全。

1.4 振動(dòng)開(kāi)關(guān)

機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)有可能導(dǎo)致塔筒連接螺栓松動(dòng)，塔基損傷，機(jī)艙柜內(nèi)電氣元件接線松動(dòng)等危害。塔筒連接螺栓松動(dòng)與塔基損傷可能使機(jī)組的抗風(fēng)能力降低，容易發(fā)生倒塌事故，影響機(jī)組與人員安全。機(jī)艙柜內(nèi)電器元件接線松動(dòng)，有可能引起不必要的故障，也嚴(yán)重危害著人員與機(jī)組安全，因此將振動(dòng)開(kāi)關(guān)串聯(lián)在安全鏈中保護(hù)機(jī)組安全。

2.5WM機(jī)組中使用的是擺錘式振動(dòng)開(kāi)關(guān)，由一個(gè)安裝在微動(dòng)開(kāi)關(guān)上的擺針及重錘組成，重錘按照機(jī)組擺動(dòng)幅度的保護(hù)數(shù)值被固定在擺針的合適位置上，當(dāng)振動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)應(yīng)該及時(shí)查找機(jī)組振動(dòng)原因并消除。

1.5 超速模塊

當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速超過(guò)額定值時(shí)，機(jī)組容易失去控制，且速度達(dá)到一定值時(shí)機(jī)組將發(fā)生飛車事故。此外，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組產(chǎn)生的負(fù)荷超過(guò)允許值，將使電纜發(fā)熱，功率模塊損壞，因此機(jī)組將采用Overspeed 超速模塊檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，并將Overspeed模塊串聯(lián)在安全鏈中，當(dāng)速度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，Overspeed模塊動(dòng)作使安全鏈觸發(fā)，機(jī)組緊急停機(jī)。

1.6 安全繼電器

安全繼電器是安全鏈回路中的控制部分，由多個(gè)繼電器按照一定邏輯組合而成，能夠補(bǔ)償彼此的缺陷，降低故障概率。

2 安全鏈回路工作原理概述

金風(fēng)2.5WM機(jī)組安全鏈如圖1所示，將急停按鈕、PLC急停信號(hào)、扭纜開(kāi)關(guān)、振動(dòng)開(kāi)關(guān)、超速模塊、變槳內(nèi)部安全鏈容易對(duì)機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重傷害的節(jié)點(diǎn)通過(guò)4個(gè)安全繼電器串聯(lián)在一條回路上，其中主控柜急停按鈕、機(jī)艙柜急停按鈕以及PLC急停信號(hào)與安全繼電器1的線圈串聯(lián)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)無(wú)故障時(shí)，安全繼電器線圈得到24V電壓，安全繼電器1常開(kāi)觸點(diǎn)吸合，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，當(dāng)其中任意節(jié)點(diǎn)故障，安全繼電器1失電，安全繼電器1上的所有常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)吸合。同理，發(fā)電機(jī)超速模塊與安全繼電器2線圈串聯(lián)在一條回路上，左、右偏航扭纜開(kāi)關(guān)與安全繼電器3的線圈串聯(lián)，振動(dòng)開(kāi)關(guān)與變槳安全鏈繼電器串聯(lián)在安全繼電器4上，其中任意節(jié)點(diǎn)故障，都會(huì)引起相應(yīng)的安全繼電器失電。安全繼電器1、安全繼電器2、安全繼電器4的一組常開(kāi)觸點(diǎn)與繼電器24K7線圈串聯(lián)在一起，其中任意安全繼電器失電，都會(huì)引起24K7線圈失電，安全鏈故障。安全繼電器1與安全繼電器3的一組常開(kāi)觸點(diǎn)與偏航使能繼電器線圈串聯(lián)在一起，當(dāng)其中任意繼電器失電，則整條回路失電，偏航電機(jī)不能動(dòng)作，從而保護(hù)機(jī)組安全。

3 安全鏈系統(tǒng)與變槳系統(tǒng)的關(guān)系

變槳安全鏈如圖2所示，每個(gè)變槳柜中安裝一個(gè)21K8繼電器，3個(gè)21K8繼電器與一個(gè)變槳安全鏈繼電器123K10串聯(lián)在一條回路中，當(dāng)變槳柜出現(xiàn)逆變器OK信號(hào)丟失、92°限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作等故障時(shí)，都會(huì)引起相應(yīng)變槳柜中的21K8繼電器線圈失電，觸點(diǎn)斷開(kāi)，整條變槳安全鏈斷開(kāi)，變槳安全鏈繼電器線圈失電，從而影響主控系統(tǒng)安全鏈；主控系統(tǒng)安全鏈回路中串聯(lián)著24K7繼電器，當(dāng)主控系統(tǒng)出現(xiàn)緊急停機(jī)按鈕、PLC緊急停機(jī)、葉輪超速模塊、振動(dòng)開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，安全鏈中斷，24K7繼電器失電來(lái)影響變槳系統(tǒng)，變槳的安全鏈與主控的安全鏈相互獨(dú)立而又相互影響。當(dāng)主控系統(tǒng)的安全鏈上出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)使沒(méi)有出現(xiàn)故障的葉片的控制系統(tǒng)進(jìn)入到緊急停機(jī)的模式，迅速向92°順槳，變槳安全鏈出現(xiàn)故障又會(huì)使主控系統(tǒng)進(jìn)入緊急停機(jī)模式，最大限度地對(duì)機(jī)組起到保護(hù)作用。

圖2 變槳安全鏈

4 變槳安全鏈故障處理

4.1 故障現(xiàn)象分析

風(fēng)機(jī)監(jiān)控后臺(tái)報(bào)出變槳安全鏈故障之后，首先進(jìn)入后臺(tái)系統(tǒng)查看故障 f 文件，如表1所示，“error safety system safety system ok from pitch”變槳安全鏈故障狀態(tài)變?yōu)椤皁n”，說(shuō)明變槳安全鏈故障被觸發(fā)；“error safety system safety system ok to pitch”變槳外部安全鏈故障變?yōu)椤皁n”，說(shuō)明變槳外部安全鏈故障被觸發(fā)。變槳安全鏈故障分為變槳內(nèi)部安全鏈和變槳外部安全鏈，變槳內(nèi)部安全鏈可以觸發(fā)變槳外部安全鏈，變槳外部安全鏈不一定觸發(fā)內(nèi)部安全鏈。

表1 變槳安全鏈故障f文件

4.2 故障觸發(fā)的原因

故障點(diǎn)可能原因：①變槳內(nèi)部的一些主要的故障(除了溫度故障)，如變槳位置偏差大的故障，變槳逆變器OK信號(hào)丟失故障，變槳繼電器失電故障，DP故障等，任意故障都會(huì)導(dǎo)致變槳安全鏈故障產(chǎn)生。②變槳柜體安全鏈回路接線松動(dòng)(包括端子排和哈丁接頭)。③變槳柜內(nèi)部123K10安全鏈繼電器輔助觸點(diǎn)損壞。④PLC模塊KL2408損壞導(dǎo)致。

4.3 故障處理方法

第一步：通過(guò)電腦連接PLC或者通過(guò)故障碼讀取導(dǎo)致安全鏈報(bào)出的原始故障，檢查是否由于其他故障帶出的變槳故障，若有其他故障則根據(jù)相應(yīng)故障處理辦法處理即可。

第二步：檢查變槳安全鏈回路接線是否松動(dòng)，由于機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間工作，機(jī)組振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致接線松動(dòng)，此類故障多由接線松動(dòng)導(dǎo)致。

第三部：檢查變槳安全鏈繼電器是否損壞。

第四步：使用萬(wàn)用表測(cè)量安全鏈回路個(gè)點(diǎn)的電壓值，確定故障點(diǎn)，如遇通信故障，需要先解決通信故障，然后處理安全鏈故障。

第五步：使用萬(wàn)用表測(cè)試變槳安全鏈至滑環(huán)回路，若回路異常，則滑環(huán)損壞，需更換滑環(huán)。

5 結(jié)束語(yǔ)

①金風(fēng)2.5WM機(jī)組安全鏈按照失效—保護(hù)的策略進(jìn)行控制，其中安全鏈中的任意節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障都會(huì)觸發(fā)整個(gè)安全鏈系統(tǒng)，報(bào)出安全鏈故障，使機(jī)組進(jìn)入緊急停機(jī)模式。 ②當(dāng)主控系統(tǒng)報(bào)出外部安全鏈故障時(shí)，會(huì)觸發(fā)變槳安全鏈，使三支葉片收槳；當(dāng)變槳安全鏈報(bào)出故障時(shí)也會(huì)觸發(fā)主控安全鏈，使主控系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)命令，二者獨(dú)立存在而又相互作用。 ③對(duì)金風(fēng) 2.5MW 風(fēng)機(jī)典型安全鏈故障—變槳系統(tǒng)安全鏈故障現(xiàn)象、原因進(jìn)行了分析，給出了處理變槳安全鏈故障的一般方法。