风力发电--风机控制系统培训

三一电气有限责任公司 SE8215风机培训 -控制系统部分 技术支持部 2 三一电气 品质改变世界 控制系统的组成 现场布局 3 三一电气 品质改变世界 控制系统的组成 4 三一电气 品质改变世界 一、主控系统知识及维护 二、中央监控系统知识及维护 三、变桨系统知识及维护 四、变流器知识及维护 五、风机运行及故障检测理论 5 三一电气 品质改变世界 一、主控系统知识及维护 1、主控系统组成简要介绍 2、控制柜按钮功能 3、主控电气图纸 4、控制器系统组成及模块介绍 5、传感器介绍 6、安全刹车系统 6 三一电气 品质改变世界 1.主控系统组成简要介绍 主控系统顾名思义，在整个风机系统中，起着中心控制功能，如同大脑，在风机整体机构的基础上，通过控制思想将变桨、变流有机的协调起来，实现机组的自动发电控制。 主控系统的功能如图所示： 设 备 状 态 和 环 境 状 态 监 控液压系统变流控制偏航/解缆控制并网/脱网控制日志、报警与故障处理远程通讯人机界面交互变桨控制控 制 功 能7 三一电气 品质改变世界 空 转 初 始 化并 网 转 速 提 升并 网 连 接快 速 重 并 网3 0 s 平 均 风 速 = 切 入 风 速 x . x x m / s , 持 续 1 2 0 s 且液 压 系 统 压 力 正 常3 0 s 风 向 差 = 空 转 设 定 ( 4 0 2 ) 转 速 且 齿 轮 油 温 5 0 状 态 时 间 5 分 钟发 电 机 转 速 并 网 转 速 ( 1 2 9 6 )且 3 s 内 ， 误 差 1 0 r p m检 测 转 速 ， 计 算 变 桨给 定 和 变 流 给 定发 电 机 转 速 快速 重 并 网 转 速( 1 2 0 0 )发 电 机 转 速 并网 转 速 ( 1 2 9 6 )待 风对 风 ( 偏 航 )自 检并 网 发 电启 动状 态 码 均 复 位6 0 0 s 平 均 风 速 启 动 风速 3 . 5 m / s(软件 &算法部分 ) ！ 八个状态 ！自动切换 ！自动并、脱网 自动切入、切出、并网、脱网控制 自动偏航、解缆控制 调节转矩和桨距以实现转速、功率控制 载荷优化、传动链加阻、抑制共振 故障保护、报警、事件记录 1.主控系统组成简要介绍 8 三一电气 品质改变世界 塔底控制柜和机舱控制柜上有一些操作元件（按键、开关等），本章主要说明这些操作元件的功能。 1.塔底控制柜的操作元件 这些操作元件的功能说明如表所示 名称 英文名称 元件形状 操作元件说明 功能 运行模式 正常 /维护 OPERATION MODE AUTO/MAN 双位开关 开关位于位置左边表示 “运作”，位置右边表示“维护” 手动停机 MANUAL STOP 红色按键 风机正常停机，不触发安全链 手动 安全停机 MANUAL SAFETY STOP 黑色按键 风机安全停机，触发安全链继电器 2 2、控制柜按钮功能 9 三一电气 品质改变世界 名称 英文名称 元件形状 操作元件说明 功能 安全链复位健 SAFETY CHAIN RESET 黑色按键 复位安全链继电器，重新启动风力发电设备。 紧急停机 EMERGENCY STOP 红色按钮 风力发电设备的控制电压调至无电流状态，触发急停安全链。执行紧急停机的动作。 2、控制柜按钮功能 10 三一电气 品质改变世界 2.这些操作元件功能如表所示： 名称 英文名称 元件形状 操作元件说明 功能 安全链复位健 SAFETY CHAIN RESET 黑色按键 复位安全链继电器，重新启动机组 手动安全停机 MANUAL SAFETY STOP 黑色按键 风机安全停机，触发安全链继电器 2 手动停机 MANUAL STOP 红色按键 风机正常停机，不触发安全链 控制模式自动 /手动 CONTROL MODEAUTO/MAN 双位开关（钥匙开关） 选择自动式或手动式偏航驱动。当开关处于自动状态时，机组才可以再启动运作 2、控制柜按钮功能 11 三一电气 品质改变世界 名称 英文名称 元件形状 操作元件说明 功能 偏航控制逆时针 /停止/顺时针 YAW CONTROLCCW/STOP/CW 三位开关 偏航处于手动状态时，将开关调至“ CW” 处，表示“顺时针偏航”。将开关调至“ CCW” 处，表示“逆时针偏航”。将开关调至“ 0” 处，表示“偏航锁定”。注意 :位置 CCW 是左边，位置 CW 是右边。 机舱灯自动 /手动 NACELLELIGHTAUTO/MAN 双位开关 控制机舱照明设备的工作 紧急停机键 EMERGENCY STOP 红色钮形键 机组控制电压调至无电流状态。执行紧急停机的动作 2、控制柜按钮功能 12 三一电气 品质改变世界 3.紧急停机键的说明 紧急停机键有两个，分别位于塔底控制柜和机舱控制柜上。 按下紧急停机键后，将产生一连串的安全连锁效应： 安全链信号通知变桨紧急顺桨（桨叶角度为 90度），偏航停止，高速轴抱闸，立即脱网； 除监控系统和导航灯、照明灯之外，其他设备控制器都不能控制。 除轮毂供电之外，其他所有的 690V和 400V的用电设备都断电，禁止手动偏航； 如果要再重新启动风力发电设备 ， 请按下列步骤进行： 重新启动风力发电设备之前，请先排除障碍或危险； 松开紧急停机键； 用复位键来重启风电机组。 短时按复位键只复位安全继电器 1；长按复位键 30秒以上可复位安全继电器 2。 紧急停机键应该只有在人身安全、风力发电设备安全及其相关部件的安全性遭到严重危害时，才可以按动。 安全连锁效应将导致转子叶片采用电池供电式的“紧急”运作法，按下紧急关机键就可以启动一连串的安全连锁效应。 2、控制柜按钮功能 13 三一电气 品质改变世界 4.运行模式的说明 1).运行模式的作用 运行模式位于塔底控制柜上，其功能是在按钮处于“维护”时关闭机组远程控制与自动运行、并记载风力发电设备处于停顿状态的时间 。 2).操作指示与作用方式 运行模式为“正常”模式，此时，机组没用任何功能上的限制。在保修期内，运行模式的使用基本保留给三一电气的维护人员。也就是说，运行模式须保持在“正常”位置处，除非是三一电气因机组的某一故障而特别授权派人来执行维护。 运行模式为 “维护”模式，此时主控运行维护程序，会有一个信号传至遥控计算机，此时不可能执行遥控指挥（例如遥控启动，遥控停止，重新启动和其他的手动操作等）和自动控制功能（如自动跟风偏航等），但可以进行触摸屏手动高速轴刹车和触摸屏软手动偏航。该开关处于这个位置的时间长短将被记录在保养期统计资料内。 运行模式在以下情况下必须置“维护”： 由三一电气或指定的维护单位所主导的机组运行中断期间 。 验收或功能验收期间； 参观期间； 定期重复的查验工作期间； 2、控制柜按钮功能 14 三一电气 品质改变世界 质保期限内，由使用方所委托的非常态性的修理工程或改建工程期间，包含机组因新技术而执行的改建工程或增建工程； 定期保养（半年一次和一年一次的保养工作）。 风力发电设备的功能完全正常，离开风力发电设备时，必须把运行模式回归 “正常”位置运行。假如启用风力发电设备时出现问题，必须立刻通知三一电气，然后根据三一电气的建议来按动开关或使风力发电设备再度进行运作。 2、控制柜按钮功能 15 三一电气 品质改变世界 5. 手动停机键的说明 1).手动停机键的作用 手动停机键有两个，分别位于塔底控制柜和机舱控制柜，通常是在调试时用于使机组正常停机。 2).作用方式 设备供电正常，控制器操作正常。主控系统使变桨系统执行正常顺桨动作，桨叶桨距角为 90 时，风机正常停机，发电机正常脱网。偏航系统自动跟风偏航 ,高速轴刹车装置不抱闸。 6.手动安全停机键的说明 1).手动安全停机键的作用 手动安全停机键有两个，分别位于塔底控制柜和机舱控制柜，通常是在调试、维护时使用，使风机安全停机，触发安全链第 2级继电器。 2).作用方式 设备供电正常，除监控系统和导航灯、照明灯之外，其他设备控制器都无法控制。当安全链第 1级继电器触发后，禁止手动偏航。主控系统通知变桨系统执行紧急顺桨动作，桨叶桨距角为 90 时风机正常停机，同时发电机正常脱网。偏航系统停止自动跟风偏航，高速轴刹车装置抱闸。 2、控制柜按钮功能 16 三一电气 品质改变世界 3、主控电气图纸 3.1 符号的定义 Q -热磁断路器、断路器 F -微型断路器 U -防雷器件 T -变压器 K -接触器、继电器、超速开关 A -监测模块、控制器模块 S -操作按钮、温控开关等 G -开关电源 PT100 -温度传感器 17 三一电气 品质改变世界 3、主控电气图纸 3.2 看图方法 器件标识方法：页号 +列号，如 Q7.2，代表第 7页的第 2列附近！ 线号： “页号 +-+序号 ” ；其中相线的 序号 需要为奇数， N和 “ -”的 序号 为偶数；如 007-13为第 7页 Q7.2的L1输入端的线号， 007-12为第 7页 T7.2的 N输出端的线号； 等电位标识：如图中的 1.8/-L1-690V-3代表，该电位等同于第 1页第 8列同名称的电位；箭头的方向标识着线路的走向！ 18 三一电气 品质改变世界 3、主控电气图纸 3.3 系统配电组成 690VAC用电设备 400VAC用电设备 230VAC用电设备 24VDC用电设备 19 三一电气 品质改变世界 3、主控电气图纸 3.4 安全链回路 -手动紧急停机 安全链设计回路主要是在不依靠控制器的情况下，对紧急事故的处理的过程！ 根据等级不同， SE8215机组将安全链回路分为三种处理方式： 手动紧急停机、异常故障紧急停机、安全停机 ！ 安全等级 触发条件 触发控制对象 触发控制对象导致发生的保护 手动紧急停机 1. 机舱柜手动紧急停机 S23.2 2. 塔底柜手动紧急停机 S13.5 安全链继电器K23.0断开 除维护用 230v外，机舱所有电源断开 (K17.1、K17.2) 安全链 K25.8断开 偏航控制电源 24V断开，偏航禁止，偏航刹车 安全链 K27.5断开 通知变桨系统，收桨 通知变流器，并网接触器断开 高速轴刹车，停机时延迟 90s高速轴刹车（最大紧急收桨时间： 90度 /10度 =10s，保证气动刹车后机械刹车启动） 20 三一电气 品质改变世界 3、主控电气图纸 3.4 安全链回路 -异常故障紧急停机 安全等级 触发条件 触发控制对象 触发控制对象导致发生的保护 第 2级 紧急停机 1. 690主电断开 2. 机舱剧烈振动 安全链 K25.8断开 偏航控制电源 24V断开，偏航禁止，偏航刹车 安全链 K27.5断开 通知变桨系统，收桨 通知变流器，并网接触器断开 高速轴刹车，停机时延迟 90s高速轴刹车（最大紧急收桨时间： 90度 /10度 =10s，保证气动刹车后机械刹车启动） 21 三一电气 品质改变世界 3、主控电气图纸 3.4 安全链回路 -安全停机 安全等级 触发条件 触发控制对象 触发控制对象导致发生的保护 第 3级 安全停机 1.发电机超速保护 K55.8 2.主轴超速 K55.6 3.机舱手动安全停机 S27.3 4.塔底手动安全停机 S13.3 5.主控制器故障 (塔底 DI) 6.变桨安全链断开 安全链 K27.5断开 通知变桨系统，收桨 通知变流器，并网接触器断开 高速轴刹车，停机时延迟90s高速轴刹车（最大紧急收桨时间： 90度 /10度 =10s，保证气动刹车后机械刹车启动） 22 三一电气 品质改变世界 3、主控电气图纸 3.4 安全链回路原理 急停回路 异常问题控制回路 复位回路 变桨安全链回路 23 三一电气 品质改变世界 3、主控电气图纸 3.5 电气操作注意事项 维护时，安全停机操作，同时维护按钮置 维护 状态 ！ 定期维护线路时断电操作！ 正常运行时禁止操作 “复位按钮 ” 和人机界面上的 “ Reset”键 24 三一电气 品质改变世界 4、控制器系统组成及模块介绍 4.1 控制系统拓扑结构 机舱柜上的模块为塔底柜控制器的扩展 I/O模块，他们之间通过光缆连接。 拓扑结构如图所示： 25 三一电气 品质改变世界 4、控制器系统组成及模块介绍 4.2 控制模块介绍 WP4100 WP351 WP110 WP151 WP3090 26 三一电气 品质改变世界 WP4100 27 三一电气 品质改变世界 WP351 28 三一电气 品质改变世界 WP110 29 三一电气 品质改变世界 WP151 30 三一电气 品质改变世界 WP3090 31 三一电气 品质改变世界 5、传感器介绍 传感器包括外部传感器和设备自带传感器，主要负责检测风机系统及各个部件的状态。 以下着重介绍几种非机械设备自带的传感器！ 传感器名称 功能 电感式接近开关 转速测量、偏航角度计算 纽缆传感器 偏航左右极限 超声波风速风向仪 测量风速、风向 超速开关 风轮超速保护 振动传感器 振动报警 PT100 温度测量 32 三一电气 品质改变世界 5、传感器介绍 5.1 超声波测风仪 4300.000 -用途检测风速、风向 33 三一电气 品质改变世界 5、传感器介绍 5.2 振动传感器 CHH 4840: (PCH 1026 Mk2) - Cold Environment: Operation 30 to +60, Storage 40 to +85 - Input 1, 2 & 3: Internal Accelerometer: Dir 1.A, 2.B & 3.C - Input 4: Not installed - Analogue output: Not installed - Alarm output: Relay 1,2,3 & 4 (relay 4 is low-power SSD output) - System error Output: Relay 5 - Communication ModBus: RS232 - Communication MultiBus: RS485 - 用途：检测整机振动情况 - 安装在齿轮箱下端和发电机后下端！ 34 三一电气 品质改变世界 5、传感器介绍 5.3 接近开关 -PNP 常开 -1.5KHZ 用途： -测量主轴、高速轴转速 -计算偏航角度 -检测轮毂销子状态 35 三一电气 品质改变世界 5、传感器介绍 5.4 扭缆传感器 GF4C -三个触点： 2个 90 凸轮，监测偏航左右扭缆极限； 1个 180 凸轮，监测偏航扭缆方向！ -安装位置：偏航回转支撑 36 三一电气 品质改变世界 5、传感器介绍 5. 温度传感器 PT100 -用途：测量环境问题 37 三一电气 品质改变世界 6、安全刹车系统 6.1 刹车方式介绍 1).概述 机组有两套制动系统。一是气动刹车（变桨系统），二是高速轴液压盘式刹车系统。气动刹车为一级制动系统，液压刹车为二级制动系统。 高速轴刹车是一个服务维修用刹车盘，不是安全刹车装置，由一个电磁阀控制： 刹车释放阀（ 8.2）； 另外，在机舱轮毂外还设有维护销子。作为风轮锁定装置，定位销能够在设备检修或故障情况下通过机械锁紧风轮确保风轮停止转动，保证风力发电机组检修时安全。 2).刹车状态 根据电磁阀的状态，高速轴刹车状态可以分为：释放置 1、刹车置 0。高速轴刹车采用半故障安全保证：在电源故障时，压力由储能器供给，除非是手动阀卸压，否则压力被保持，但这必须要给系统一定时间来对储能器储能。若要施加压力，可以通过手动泵为系统增加压力。 3).刹