变桨系统带载测试平台要求.doc

变桨系统带载测试平台试验大纲1 前言本部分规定了各种型号的电动变桨驱动系统工作性能的测试要求和测试方法。适用于各种电动变桨驱动系统出厂性能验收和新产品性能测试。2 测试内容电机负载测试内容主要分成三个部分：1） 变桨系统带载功能性测试2） 变桨系统带载故障模拟测试3） 变桨系统带载连续运行测试测试的主要部件为：变桨电机、刹车系统、伺服驱动器、蓄电池、编码器。3 测试依据2MW 风机根据变桨驱动系统采购规范SB-030.02.05-A3.6MW 风机根据变桨驱动系统采购规范V-69.2-BV.MR.00.00-A-DGB/T 1311-2008直流电机试验方法GB/T 1029-2005三相同步电机试验方法4 变桨系统带载功能测试4.1 变桨电机额定负载测试需测试电机在额定负载下的变桨位置、电机转速、转矩响应特性。位置给定范围为（030），测试变桨速度为2/S。测试需要得到如下响应曲线图：电机运动位置给定曲线、电机位置响应曲线、电机速度响应曲线、电机转矩响应曲线、电机电流变化曲线、电机温升曲线。Y520000064-2变桨系统带载测试平台试验大纲 共3 页 第 2 页FDJL-JS-0274.2 变桨电机变化负载测试需测试电机在变化负载下的变桨位置、电机转速、转矩响应特性。位置给定范围为（030），变化负载范围为额定负载的50%，测试变桨速度为2/S。测试需要得到如下响应曲线图：电机运动位置给定曲线、电机位置响应曲线、电机速度响应曲线、电机转矩响应曲线、电机电流变化曲线、电机温升曲线。4.3 变桨电机最大负载测试需测试电机在最大负载下（3s 内）的变桨位置、电机转速、转矩响应特性。位置给定范围为（030），测试变桨速度为2/S。测试需要得到如下响应曲线图：电机运动位置给定曲线、电机位置响应曲线、电机速度响应曲线、电机转矩响应曲线、电机电流变化曲线、电机温升曲线。4.4 变桨电机制动力矩测试需测试电机制动力矩是否符合规范要求，先使被测电机处于抱闸状态，然后利用加载电机给变桨驱动电机加载，最大加载扭矩不能超过变桨驱动电机制动力矩的5% 。测试需要得到如下响应曲线图：电机运动位置给定曲线、电机位置响应曲线、电机速度响应曲线、电机转矩响应曲线、电机电流变化曲线、电机温升曲线。5 变桨系统带载故障模拟测试5.1 正常停机故障模拟手动给定正常停机信号，触发变桨正常停机，模拟负载需给定正常停机工况下的扭矩，变桨电机以3/S 的速度从0顺_桨到1 概述本规范规定了风电机组电动变桨系统带载测试平台设计的基本要求。变桨系统作为风电机组的一个重要的执行部件，越来越受到人们的重视。变桨系统通常需要在风机整机吊装完毕后，才能进行系统实际的响应特性及模拟各种故障的功能测试。这样就给设备维护和系统改善带来诸多不便，同时这样的现场试验也会给机组的整体安全性造成威胁。因此开发一套适合公司风机的变桨系统带载试验平台，在地面模拟各种故障，并完成各工况载荷扭矩测试是非常有必要的。目前公司的2MW、3.6MW以及正在开发中的5MW机组都是采用电动变桨。此试验台应适用于公司各种不同机型电动变桨的带载测试。一方面可以有效控制外购系统的质量，对变桨系统的故障排查，进行故障再现仿真等研究，从根本上解决问题；另一方面，为开展变桨系统设计的基础研究奠定软、硬件基础，可以加速公司的变桨系统的开发进度以及提高产品的质量。使公司的风机产品在整机行业中更具有竞争力和说服力。业主也会对公司的综合能力更加认可。变桨带载试验台主要由上位机、被测量的电动变桨距系统和模拟风对桨叶根部转矩的加载系统构成。上位机在向电动变桨距系统发送位置控制信号的同时，向加载系统发送风力载荷信号，通过加载装置对变桨电机输出轴施加扭矩，模拟变桨过程中气流对桨叶的气动载荷，即电动变桨系统在带载状态下运行，从而使变桨系统测试更为真实可靠。其通用控制简图如图1所示：图1 通用控制简图1.1 功能描述上位机在向电动变桨距系统发送位置控制信号的同时，向加载系统发送风力载荷信号，通过加载装置对变桨电机输出轴施加扭矩，模拟变桨过程中气流对桨叶的气动载荷，即电动变桨系统在带载状态下运行，从而使变桨系统测试更为真实可靠。此加载试验台要同时能适用于，直流串励电机、直流复励电机、交流异步电机、永磁同步电机，永磁异步电机的加载测试。此加载试验装置也要同时适用于风电设备有限公司的2MW机组、3.6MW机组以及5.0MW机组的变桨要求。测试台示意图如下所示：2 供货范围整套变桨带载试验台系统包括： 上位机。应包括：- 显示器（2个）：一个显示器显示变桨系统的各种状态，并显示各变桨电机的各种工作曲线。另一个显示器显示加载电机的工作状态，设定加载值等。- 控制PLC：要求采用倍弗或贝加莱PLC，完成与变桨系统的通讯等。- 24V电源模块。- 主断路器。- 紧停按钮、复位按钮、启动按钮、加载/减载按钮。- 维护开关、旁路开关。 被测量的电动变桨距系统(由相应的变桨系统供应商提供)。- 参照2MW，3.6MW以及5MW相应的变桨系统采购规范。 加载系统。- 加载电机驱动器（3个），接收加载信号（不同的机型有不同的初始化范围值，输入值不能超出这个范围）。把加载信号转换成扭矩，并送给加载电机。接收扭矩传感器的值，并显示此值。接收加载电机的各种状态值（温度、电流、位置等）。- 加载装置(3套),用于加载3台变桨电机。其最大扭矩应能带动5MW变桨电机。- 扭矩传感器(1个),用于测量扭矩、转速及机械功率等参数。- 柜体的连接器，电缆和插头（每根电缆要带保护套管）。- 叶片角度模拟和限位开关触发装置。主要是伺服驱动器从控制器或加载驱动器接收加实际转速，通过可调速比进行速度同步，做到实时与加载电机转速线性同步。- 试验台底座(3套)，用于连接加载装置、扭矩传感器以及待测的变桨电机。底座变桨电机侧的剖面应能适应2MW，3.6MW，5MW等电机法兰面的安装要求（参数如第3节变桨加载电机技术数据所示）。 试验平台。试试验平台采用材料为高强度铸铁HT20-40，工作面硬度为HB770-240的T型槽工作面. 电磁干扰测试装置 高低温测试装置 防腐保护。 运输包装。 技术文件（含控制源代码程序以及开发的软件，含正版注册码）。供应商必须保证每个单独运输的或组装的部件上配有合适的起吊点，以便于标准起重设备起吊使用。3 加载电机的技术数据此加载试验台要同时能适用于，直流串励电机、直流复励电机、交流异步电机、永磁同步电机，永磁异步电机的加载测试。此加载试验装置也要同时适用于公司的2MW机组、3.6MW机组以及5.0MW机组的变桨要求（电机参数及法兰面接口）。这三种机型的变桨电机参数各不相同：2MW 变桨电机参数： 电机额定转速2100rpm 电机最大转速3000rpm 额定扭矩：31.8Nm 最大扭矩：100Nm 制动力矩：82Nm 额定功率：6KW 建立制动扭矩的最大时间：50ms 释放制动扭矩的最大时间：100ms图4 2MW 电机法兰面接口3.6MW 变桨电机参数： 电机额定转速2100rpm 电机最大转速3000rpm 额定扭矩：43.6Nm 最大扭矩：131Nm 制动力矩：113Nm 额定功率：7.5KW 建立制动扭矩的最大时间：50ms 释放制动扭矩的最大时间：100ms图5 3.6MW 法兰面接口5MW 变桨电机参数如下： 电机额定转速2100rpm 电机最大转速3000rpm 额定扭矩：78Nm 最大扭矩：234Nm 制动力矩：170Nm 额定功率：未定 建立制动扭矩的最大时间：50ms 释放制动扭矩的最大时间：100ms图6 5MW 法兰面接口表1 接口尺寸4 叶片角度模拟和限位开关触发装置。此装置可实现的功能有：伺服电机拖动执行机构实现实际变桨限位开关触发，通过齿轮驱动编码器小齿轮。 伺服驱动器减速比可根据实际减速比进行调节。 通过数字显示桨叶角度、实际变桨角速度以及限位开关状态。 驱动器可设置速度输入的滤波，保护冗余编码器减少震动。 显示各桨叶处的角度，并通过刻度值对变桨系统的编码器进行校零。 紧急停机时，靠91度限位开关触发，停止变桨电机转动。所有的传感器和开关都应防腐且配有牢固的金属外壳，防护等级应为IP65。5 电气柜电气柜的柜体应采用，且防护等级为IP54，加防腐涂层。系统的电源供应情况参见7.1节“供电”。5.1 加载控制柜加载系统必须满足2MW，3.6MW，5MW风机在额定负载、变化负载及最大负载的加载，并且能够将电机位置、转速，转矩、响应特性、温升等参数信号反馈给模拟主控测试系统。5.2 模拟主控控制柜完成与变桨系统的通讯等，同时考虑Profibus和CANopen两种通讯接口方式。给变桨系统发送变桨的位置，变桨速度等指令。显示变桨系统的各种状态：应包括（变桨工作状态、变桨角度（两个编码器值）、变桨速度、电机温度、电机电流、轴柜温度、电池柜温度、电池电压、91度限位触发状态等。 控制PLC。 显示器。 24V电源模块。 主断路器。 复位按钮、启动按钮、加载/减载按钮。 紧急停机按钮（见5.3节“紧急停机单元”）。 维护开关、旁路开关。5.3 紧急停机单元模拟主控控制柜的外面板上设置有一个紧急停机按钮，其开关状态已被连接进安全回路。按下紧急停机按钮都可以使电池供电的加载系统转到顺桨位置。5.4 电缆连接供货范围包括变桨系统试验台全套的信号和电力电缆。只允许使用“Harting Han”或同等型号的插接头。这些接插头的外壳必须是用耐腐蚀的材料制成，且要涂有粉末涂层。外壳的所有接触部位都必须符合EMC 规范。电压不大于5V 或电流不大于5mA 的信号，应采用金触头。电力电缆和控制信号线应分开。连接插头的防护等级为IP65。6 位置控制由模拟主控测试控制器来控制桨距角。待测变桨系统的动态性能实际上受变桨驱动链惯性的限制，而加速度的选取又会影响动态惯性力。位置控制一直处于被监控状态，其允许的偏差： 驱动偏差 0.75 目标位置偏差 0.1驱动偏差的定义：根据给定的变桨速度和目标位置，模拟主控测试控制器会计算出在一定时间内应到达的瞬时桨距角位置。驱动偏差就是计算出来的瞬时桨距角与实测到的桨距角之间的偏差。应分别给出驱动偏差。7 接口通过模拟主控控制器传递给待测变桨系统。7.1 供电电压： 3400V (+/-10%), 50Hz (3L/ N/ PE)电流值由供应商给定。7.2 控制系统供电表2 模拟主控与变桨定义一览表序号 变桨系统 描述1 L1 400V 主电源AC 主电源2 L2 400V 主电源3 L3 400V 主电源4 N 中性线5 PE 接地线6安全链信号24V 信号7 96 度旁路信号8手动服务信号924VDC+信号1024VDC- 信号11 安全链信号12 Profibus A or CANbus13 Profibus B or CANbus 通讯14 Profibus shield模拟主控与变桨系统连接电缆定义： 400VAC:5G16,带屏蔽,直径26mm； 24VDC:12G1.5,带屏蔽,直径15.4mm； 标准Profibus 电缆。 标准Canbus 电缆。7.3 硬接线信号模拟主控柜与带载测试驱动控制柜的连接、加载装置与带载测试驱动控制柜的连接线、扭矩传感器与模拟主控柜的连接电缆等。7.4 通信变桨控制器和主控制柜间的通信可采用下面总线方式：ProfiBus 和CanBus。注意：合同签订后相关细节必须确定下来。8 控制界面要求本加载系统采用的控制界面友好、简单易懂，界面应采用中文，方便试验人员操作。界面应具有如下功能但不限于以下功能： 可以通过界面查看变桨系统及加载系统的各种状态值 可通过界面对变桨的运行目标位置和变桨速度进行设定 可通过界面进行加载值设定，并可以通过界面读取指定载荷txt 文件 可通过界面选定试验的变桨电机所属的机型（2MW，3.6MW 或5MW） 可通过界面选定试验测试变桨电机的类型（直流串励，直流并励、永磁同步，交流异步等） 可通过界面查看各种状态的曲线图，具体要求参照变桨系统带载测试平台试验大纲 可通过界面进行各种状态曲线图的打印9 试验台测试目的及需得到测试结果本加载试验台主要目的主要有：验证仿真载荷计算数据的准确性；测试变桨样机的工作特性是否符合技术规范要求；模拟现场变桨系统的各种故障，以更快查找出故障原因。测试主要项目应包括如下内容：电机的温升特性电机的额定扭矩特性电机的最大扭矩特性电机的响应特性测试电池供电模式下变桨紧急停机时的电机转速及转矩特性电网供电模式下变桨紧急停机时的电机转速及转矩特性电磁干扰情况下变桨带载运行状况变桨系统在高低温环境中的运行状况具体要求请参阅Y5200000642变桨带载试验平台试验大纲。10 试运行和验收要求变桨系统试验台的供应商应承担试运行测试以及文件资料的整理工作。试运行的项目以及具体内容应经SEWIND 认可确定。验收应遵照供应商、SEWIND 共同商定的验收程序进行。本规范相关的所有数据都要测试并评估。供应商在签订供货协议后最迟六周内应提交一份有关验收记录方面的方案。验收记录应包括如下： 一般的数据记录； 根据每项规范要求，检查工程缺陷； 检查相关的尺寸和偏差以检测尺寸的稳定程度； 多种电压等级的绝缘测试； ProfiBUS、Canbus 通讯接口的启用； 变桨系统带载功能性测试； 变桨系统带载故障模拟测试； 变桨系统带载连续运行测试； 电池充电及温度相应变化情况的测试； 最大转速检查； 电机制动情况的检查； 位置控制准确度的检查； 加载电机各种状态、扭矩传感器值； 变桨电机的位置、