56412自動控制及繼電保護

1、發(fā)電機損壞風險控制內(nèi)容情況說明發(fā)電機損壞風險控制內(nèi)容：風力發(fā)電機組的自動控制及繼電保護應具備對功率、風速、重要部件 的溫度、葉輪和發(fā)電機轉(zhuǎn)速等信號進行檢測判斷，出現(xiàn)異常情況（故障）相應 保護動作停機，并在緊急事故情況下，風電場解網(wǎng)時不應對風力發(fā)電機組造成 損壞。說明：1. 概述金風S48/750風力發(fā)電機組配備的電控系統(tǒng)以可編程控制器為核心，控制 電路是由PLC中心控制器及其功能擴展模塊組成。主要實現(xiàn)風力發(fā)電機正常運 行控制、機組的安全保護、故障檢測及處理、運行參數(shù)的設定、數(shù)據(jù)記錄顯示 以及人工操作，配備有多種通訊接口，能夠?qū)崿F(xiàn)就地通訊和遠程通訊。金風S48/750風力機組控制結(jié)構(gòu)如圖所示:齒

2、輪油堵塞、液壓站油位、齒輪油壓力、機艙左偏航、機艙右偏航、機艙維護、機艙開關、左偏開關、右偏開關、閘 1反饋、閘2反饋、閘1磨損、閘2磨損。啟動、機艙停止、orbivibl過速信號、振動orbivibl振動信號、偏航計數(shù)1、偏航計數(shù)2、齒輪油溫度、齒輪箱軸承溫度、環(huán)境溫度、機艙溫度、發(fā)電機前軸溫度、發(fā)電機后軸溫度、發(fā)電機繞組溫度。葉尖壓力、系統(tǒng)壓力、風向。PS30機艙IOAIAI00FM350發(fā)電機轉(zhuǎn)速、葉輪轉(zhuǎn)速、風速。塔架DP線OBTOP170 口口 塔底控制器中央監(jiān)控室nMPI總線DP總線IOQOQOCP340CP340PS3315PM810配電系統(tǒng)、軟啟金風S48/750風力發(fā)電機組的電

3、氣控制系統(tǒng)由配電柜、控制柜、機艙控制 柜、傳感器和連接電纜等組成，電控系統(tǒng)包含正常運行控制、運行狀態(tài)監(jiān)測和 安全保護三個方面的職能。配電柜：風力發(fā)電機組的主配電系統(tǒng)，連接發(fā)電機與電網(wǎng)，為風機中的 各執(zhí)行機構(gòu)提供電源，同時也是各執(zhí)行機構(gòu)的強電控制回路。包括電容補償回 路，由于異步發(fā)電機要從電網(wǎng)吸收無功電流來勵磁，使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低， 為了保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量和減少線路損耗，在發(fā)電機并網(wǎng)后通過并聯(lián)電容對系 統(tǒng)進行無功補償。控制柜：控制柜是機組可靠運行的核心，主要完成數(shù)據(jù)采集及輸入、輸 出信號處理；邏輯功能判定；對外圍執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令；與機艙柜通訊， 接收機艙信號；與中央監(jiān)控系統(tǒng)通訊、傳遞信息。

4、機艙控制柜：采集機艙內(nèi)的各個傳感器、限位開關的信號；采集并處理葉 輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速、風速、溫度、振動等信號。正常運行控制包括機組自動啟動，發(fā)電機軟并網(wǎng)，發(fā)電機運行，主要零部 件除濕加熱，機艙自動跟蹤風向，液壓系統(tǒng)開停，散熱器開停，機艙扭纜和自 動解纜，電容補償分組投切以及負功率自動停機。監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測電網(wǎng)的電壓、頻率，發(fā)電機輸出電流、功率、功率因數(shù)， 風速，風向，葉輪轉(zhuǎn)速，發(fā)電機轉(zhuǎn)速，液壓系統(tǒng)狀況，偏航系統(tǒng)狀況，潤滑系 統(tǒng)狀況、齒輪箱狀況、軟啟動狀況，風力發(fā)電機組關鍵設備的溫度及戶外溫度 等，控制器根據(jù)傳感器提供的信號控制風力機組的可靠運行。安全保護系統(tǒng)分三層結(jié)構(gòu)：計算機系統(tǒng)（控制器），獨

5、立于控制器的緊急停 機鏈和個體硬件保護措施。微機保護涉及到風力機組整機及零部件的各個方面， 緊急停機鏈保護用于整機嚴重故障及人為需要時，個體硬件保護則主要用于發(fā) 電機和各電氣負載的保護。電控系統(tǒng)的設計和實施結(jié)果能夠滿足風力發(fā)電機組無人值守、自動運行、 狀態(tài)控制及監(jiān)測的要求。2. 功能描述2.1 正常運行控制2.1.1 啟動（1）控制器上電，執(zhí)行自檢，檢測電網(wǎng)五分鐘，無故障執(zhí)行風力機組自動啟動過程。（2） 控制器面板正常啟動或機艙內(nèi)控制柜啟動風力機組，控制器等待60秒 使數(shù)據(jù)達到穩(wěn)定，如果檢測風力機組無故障且風力機組滿足啟動條件，風力機組將會松閘進行自動啟動過程。（3）控制器面板強制啟動風力機組

6、，如果風力機組無故障，且滿足啟動風速， 風力機組將立即松閘啟動。2.1.2 并網(wǎng)軟啟動控制器采用三對反并聯(lián)的可控硅串接于風力發(fā)電機的三相供電線路上，采用限流軟啟動控制模式，利用可控硅的電子開關特性，通過控制其觸發(fā) 角的大小來改變可控硅的開通程度，由此改變發(fā)電機輸入電壓的大小，以達到限制發(fā)電機啟動電流的特性，原理圖如下：在該控制模式下，風力機組以設定的電流為限幅值啟動，當風力機組啟動 過程完成后，使旁路接觸器閉合，發(fā)電機與電網(wǎng)直聯(lián)運行，旁路閉合后停止軟 啟動，因此可控硅只是短時工作，不需要強制散熱。2.1.3 自由停機將檢測到的有功功率、風速與設定值對比，滿足自由停機條件，執(zhí)行自由 停機：釋放葉

7、尖，斷開旁路接觸器，斷開發(fā)電機接觸器，當電機轉(zhuǎn)速降至設定 值時，收葉尖，高速閘不剎車。2.1.4 電機加熱發(fā)電機溫度低于設定值，啟動發(fā)電機加熱器，發(fā)電機在運行狀態(tài)下，發(fā)電 機加熱器不允許工作。2.1.5 自動對風風向標安裝在風力機組的機艙尾部，風向標的風標總是指向風向，風力機 根據(jù)風標的方向與機艙方向的夾角決定是否偏航。2.1.6 液壓泵風力機組液壓系統(tǒng)沒有故障，系統(tǒng)壓力低于啟動液壓泵壓力設置值時，啟 動液壓泵。系統(tǒng)壓力高于停止液壓泵壓力設置值時，液壓泵停止工作。2.1.7 齒輪油泵當控制器檢測到發(fā)電機轉(zhuǎn)速大于啟動齒輪油泵的轉(zhuǎn)速設置值時，齒輪油泵 啟動；當齒輪油加熱工作時，齒輪油泵也將投入運行

8、；當發(fā)電機轉(zhuǎn)速低于齒輪 油泵的轉(zhuǎn)速設置值時，齒輪油泵間歇性的工作，每隔 10分鐘工作1分鐘。2.1.8 齒輪油冷卻器如果齒輪油溫度高于設置的冷卻器啟動參數(shù)值，齒輪油冷卻器工作，同時 齒輪泵運行。一旦溫度低于冷卻器停止運行的設置值時，冷卻器將停止運行。2.1.9 齒輪油加熱器齒輪油溫度低于加熱器的啟動參數(shù)值時加熱器啟動，溫度高于加熱器預設 停止參數(shù)時齒輪油加熱停止。2.1.10解纜偏航接近開關安裝在風力機組的偏航齒圈處。當風力機偏航超過一定角度 時，風力機組停機并進行反方向偏航解纜，直到偏航角度在正負20度范圍內(nèi),停止解纜。22數(shù)據(jù)檢測2.2.1 溫度監(jiān)測在風力機組運行過程中，控制器持續(xù)監(jiān)測風力

9、機組的主要零部件的溫度， 同時控制器保存了這些溫度的極限值（最大值、最小值）。溫度監(jiān)測主要用于控制開啟和關停泵類負荷，風扇，加熱設備。這些溫度值也用于故障檢測，也就是說如果任何一個被監(jiān)測到的溫度值超 出上限值或低于下限值，控制器將停止風力機組運行。此類故障都屬于能夠自 動復位的故障，當溫度達到復位限值范圍內(nèi)，控制器自動復位該故障并執(zhí)行自 動啟動。該風力機組共監(jiān)測七個溫度值：（1）齒輪油溫度（2）發(fā)電機繞組溫度（3）齒輪箱軸承溫度（4）發(fā)電機前軸承溫度（5）發(fā)電機后軸承溫度（6）環(huán)境溫度（7）機艙溫度2.2.2 轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)葉輪轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)速是由安裝在風力機組的低速軸和高速軸的轉(zhuǎn)速傳感 器（接近開

10、關）采集，控制器把傳感器發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速值。葉輪和 發(fā)電機轉(zhuǎn)速被實時監(jiān)測，一旦出現(xiàn)過速，風力機組將停止運行。轉(zhuǎn)速傳感器的自檢方法：當風力機組的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，兩個傳感器將按照齒 輪箱固定的變比規(guī)律地發(fā)出信號，如果兩個傳感器中的任何一個未發(fā)出信號， 風力機組都會停止。2.2.3 電網(wǎng)監(jiān)測：電網(wǎng)數(shù)據(jù)由電量采集模塊檢測，由控制器進行監(jiān)控。電網(wǎng)數(shù)據(jù)檢測分為五 方面：（1）電壓三相電壓始終連續(xù)檢測，電壓值用于監(jiān)視過電壓和低電壓（2）電流三相電流始終連續(xù)檢測，電流值用來監(jiān)視發(fā)電機切入電網(wǎng)過程。在并網(wǎng)過程 中，電流檢測同時用于監(jiān)視發(fā)電機或可控硅是否發(fā)生短路。在發(fā)電機并網(wǎng)后的 運行期間，連續(xù)檢測電流值以監(jiān)

11、視三相負荷是否平衡。如果三相電流不對稱程 度過高，風力機組將停機。電流檢測值也用于監(jiān)視一相或幾相電流是否有故障。（3）頻率連續(xù)檢測電網(wǎng)頻率，一旦檢測到頻率值超過或低于規(guī)定值， 風力機組會立即 停止。（4）功率因數(shù)連續(xù)監(jiān)測三相平均功率因數(shù)。（5）有功功率輸出三相有功功率是被連續(xù)檢測的，根據(jù)各相輸出功率測量值，計算出三相總 的輸出功率，用以計算有功電度產(chǎn)量和消耗。有功功率值還作為風力機組過發(fā) 或欠發(fā)的停機條件。（6）無功功率輸出三相無功功率是被連續(xù)檢測的，根據(jù)各相輸出功率測量值，計算出三相總 的輸出功率，用以計算無功電度產(chǎn)量和消耗。無功功率的大小決定投切電容的 組數(shù)。2.2.4 高速閘釋放信號高速

12、閘體上有一個傳感器指示高速閘的狀態(tài)（是否釋放）。如果控制器發(fā)出松閘信號但是在設定時間內(nèi)沒有接收到高速閘釋放的反饋信號，風力機組將停 止。225閘塊磨損信號高速閘體上有一個傳感器指示高速閘制動后剎車片是否磨損并將信號發(fā)送 給控制器。如果出現(xiàn)剎車磨損，直到故障被排除后，控制器才允許重新啟動風 力機組。2.2.6振動保護振動保護儀orbivibl安裝在風力機組機艙控制柜中，當振動值大于設定值時，orbivibl向控制器發(fā)出振動信號。2.3安全保護2.3.1安全鏈回路安全鏈是獨立于計算機系統(tǒng)的硬件保護措施。采用反邏輯設計，將可能對風力機組造成致命傷害的故障節(jié)點串聯(lián)成一個回路：緊急停機按鈕（控制柜）、主

13、空開、計算機輸出的看門狗、葉輪過速開關、緊急停機按鈕（機艙）、凸輪計 數(shù)器、振動開關，一旦其中一個動作，將引起緊急剎車過程，執(zhí)行機構(gòu)的電源 230VAC 24VDC失電，使控制回路中的接觸器、繼電器、電磁閥等失電，風力 機組處于閉鎖狀態(tài)。緊急停機后，只能手動復位，重新啟動。（1）振動開關振動開關安裝在機艙底板上。當?shù)装宄霈F(xiàn)過大振動時，該裝置會給控制器 發(fā)出一個信號，安全鏈斷開，風力機組執(zhí)行緊急停機并給出故障信息。（2）過速保護過速保護通過振動保護儀orbivibl控制，葉輪轉(zhuǎn)速超過一定范圍，振動保護儀orbivibl 輸出一節(jié)點，使安全鏈斷。（3）凸輪計數(shù)器凸輪計數(shù)器安裝在偏航齒圈上，電纜向同

14、一方向累計扭轉(zhuǎn)超過設定角度時 凸輪計數(shù)器動作，安全鏈斷。2.3.2 風力機組制動風力機組的剎車系統(tǒng)包括機械剎車（兩副高速閘）和空氣剎車（葉尖）。風 力機組停機有三種制動方式：正常剎車、安全剎車和緊急剎車。下面分別描述 三種剎車方式的過程：（1）正常剎車a）切除葉尖電磁閥的供電電源；b）如果發(fā)電機與電網(wǎng)連接，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時發(fā)電機脫網(wǎng)；c）當葉輪轉(zhuǎn)速在限定時間內(nèi)降低到設定轉(zhuǎn)速時，一副高速閘實施制動；d）如果在設定時間內(nèi)葉輪轉(zhuǎn)速降到零，第二副高速閘在設定時間后制動；e）剎車完成后葉尖收回。下一次再執(zhí)行正常剎車時兩副高速閘的動作順序相反，確保兩副剎車片均 勻磨損。（2）安全剎車a）葉尖和一

15、副高速閘同時制動，發(fā)電機脫網(wǎng)；b）葉輪轉(zhuǎn)速為零時，第2部閘抱死；c）剎車完成后葉尖收回。（3）緊急剎車只有在風力機組的緊急停機鏈斷開時：a）切除多個繼電器和接觸器、電磁閥的工作電源；b）葉尖和兩副高速閘同時制動；c）緊急停機鏈斷開的同時發(fā)電機脫網(wǎng)。復位后，控制器檢測系統(tǒng)是否有故障，如果存在故障風力機組將停止自動 啟動程序。如果沒有故障，緊急停機鏈恢復。2.4 維護模式風力機組有兩種不同的維護模式：維護模式1通過下平臺控制柜側(cè)面的維護鑰匙開關控制，當維護鑰匙開關 置“維護”時，禁止中央監(jiān)控計算機控制風力機組。維護模式2詳見機艙控制柜（TB1 ）的介紹。3. OP170B操作說明3. 1介紹電控系

16、統(tǒng)的人機界面采用西門子的 OP170沖文操作面板，包括多功能鍵盤和液晶顯示屏，使用者能夠根據(jù)自己的需要在相應的菜單下方便的獲取所需的 信息，同時能對風力機組的運行狀態(tài)進行相應的控制操作2 顯示屏介紹A. 風機狀態(tài)B. 風機時間C. 偏航方向D. 主要內(nèi)容E. 下一屏（有此標示時，在同級菜單內(nèi)F14向下翻頁，）F. 測試功能（在未經(jīng)授權時不能使用）G. 停止偏航H. 右偏航I. 左偏航J. 復位K. 停機L. 啟動（持續(xù)按下3秒）N:勿M:勿jt|ES MAI/ F-hEL34貝垃1旳艷轉(zhuǎn)堆：DNDMm dr府A眄電IT;TDCM只*1冃童：WM:耳：T_-U.I.-L-Z： _2，HJTfl

17、rlfRtliLKJIN.上一級（有此標示時，按O.上一屏（有此標示時，F(xiàn)10回到上一級菜單）在同級菜單內(nèi)F9向上翻頁,M. 頁碼P.顯示故障名稱或“系統(tǒng)正?！痹撚嬎銠C菜單系統(tǒng)包含多級菜單，內(nèi)容包括了風力機組的狀態(tài)顯示，數(shù)據(jù)統(tǒng)計，參數(shù)設置等。開機后，操作面板的處理器自檢一段時間后，將進入風力 機組的“主要信息”界面，按“上級”鍵可進入主菜單，主菜單包括：主要信 息，輸入狀態(tài)，輸出狀態(tài)，故障記錄，統(tǒng)計數(shù)據(jù)，參數(shù)設置。可以通過操作面 板上的Help察看各按鈕菜單下包括的內(nèi)容，用 Esc鍵可以退出幫助界面，菜單結(jié)構(gòu)如下：3.2菜單信息說明321主要信息1當前風速2葉輪轉(zhuǎn)速3電機轉(zhuǎn)速4環(huán)境溫度5有功功

18、率6A相電壓7偏航角度8風向角度9齒輪油溫度10齒輪箱軸承溫度11環(huán)境溫度12機艙溫度13發(fā)電機前軸溫度14發(fā)電機后軸溫度15發(fā)電機溫度16A相電流17B相電流18C相電流19A相電壓20B相電壓21C相電壓22頻率23有功功率24無功功率25功率因數(shù)26總發(fā)電量27總發(fā)電時間28發(fā)電量小記值29發(fā)電小時小記值30消耗電量31無功電度+32無功電度-33通電時間34松閘時間35故障時間36系統(tǒng)0K時間37維護時間38風機可利用率39風可利用率40可利用率41葉尖壓力42系統(tǒng)壓力322輸入狀態(tài)顯示所有輸入開關量的當前狀態(tài)輸入信號：序號名稱正常狀態(tài)功能1齒輪油堵塞On如果為Off,齒輪油過濾器堵塞

19、2液壓油位On如果為Off,液壓站油位低3齒輪油壓力On齒輪泵工作時，如果為 Off,齒輪油壓力低4齒輪油位On（未配備）5Orbivibl振動信號On如果為Off，振動信號6旁路過濾器堵塞On（未配備）7偏航計數(shù)1On/Off8偏航計數(shù)2On/Off9機艙左偏航OnOn,機艙左偏航10機艙右偏航OnOn,機艙右偏航11機艙維護OnOn,維護模式12機艙啟動OnOn,啟動13機艙停止On如果為Off,風機停止運行14Orbivibl 過速信號OffOn,發(fā)生過速1516振動開關OffOn,振動擺錘動作17左偏開關OffOn,凸輪計數(shù)器動作18右偏開關OnOn,凸輪計數(shù)器動作19閘1反饋On松閘

20、后On正常20閘1磨損On如果為Off,閘1磨損21閘2反饋On松閘后On正常22閘2磨損On/Off如果為Off ,閘2磨損23旁路反饋On如果為On,旁路接觸器吸合24發(fā)電機反饋On如果為On,發(fā)電機接觸器吸合25主空開On如果為Off,主空開斷開26GW04 OKOn如果為Off,軟啟動故障27GW04旁路On/OffOn軟啟動全導通，Off軟器未全導通28旁路過濾器過載On（目前沒配備）29液壓泵過載On如果為Off,液壓泵過載30偏航電機過載On:如果為Off,偏航電機過載31齒輪油泵過載On如果為Off,齒輪油泵過載32冷卻器過載On如果為Off,冷卻器過載33電容反饋On（目前沒

21、配備）34緊急停機On如果為Off，安全鏈斷開3524VDC空制電壓On如果為Off , 24VDC空制電壓丟失36安全鏈反饋On如果為Off,安全繼電器觸點斷開37控制柜維護323輸出狀態(tài)顯示所有輸出開關量的當前狀態(tài)。324故障記錄記錄了最近發(fā)生的32條故障。325統(tǒng)計數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括：故障統(tǒng)計、計數(shù)器、最值記錄、動作記錄3.2.5.1故障統(tǒng)計：記錄了每條故障發(fā)生的次數(shù)、故障持續(xù)的時間長度、最近發(fā) 生的時間。F5I口1999-11 1?:00:001 電圧晝1展時故障號；a頻率低故障發(fā)生的次數(shù)20故隍發(fā)生的小時；0. 0最近繪生的時間；1099-1-112;00：UD嚴 | F1C1 | FH |H2d2dJd在故障號處輸入需查看的故障號按 Enter鍵確認后，顯示此故障號對應的故 障名、故障發(fā)生次數(shù)、故障發(fā)生小時、最近發(fā)生的時間。如果需要更改這些統(tǒng)計 數(shù)據(jù)必須有5級以上密碼。325.2計數(shù)器：記錄了所有輸出量的動作次數(shù)和工作時間325.3最值記錄：記錄了關鍵數(shù)據(jù)的最值和發(fā)生最值的時間。325.4動作記錄：記錄了發(fā)生動作