1、金风 1.5MW 机组变桨系统简析及三叶片主旋编位置偏差大故障解析姓名：潘峰专业：机械设计制造及其自动化入职时间：2015 年 06 月 24 日部门：新疆服务事业部目 录摘要2关键词2一、 安全链系统2二、 关于苇糊梁西区 A32 机组出现安全链 OK 故障的处理及解析8三、 参考文献11金风 1.5MW 机组变桨系统简析及三叶片主旋编位置偏差大故障解析摘要金风兆瓦机组的变桨系统是该类机组的重要组成部分，变桨系统的所有部件都安装在轮毂上，通过控制叶片的角度来控制叶轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机，所以变桨系统的重要性不言而喻。本文主要介绍了金风 1
2、.5MW 机组的变桨系统的各组成部分的工作原理和苇糊梁西区 A32 机组出现三叶片主旋编位置偏差大故障的处理及解析。关键词金风 1.5MW 机组、变桨系统、变桨电机、电磁刹车一、 变桨系统(一） 变桨系统简介变桨系统能使叶片绕其中心轴转动。它既能控制输出功率还能使风机降速。当风速超过额定风速时，通过调整叶片的桨距角，叶轮的输入功率可以限制在额定功率，从而防止发电机和变流系统过载。运行控制系统可连续记录并监测风机的输出功率和叶片的桨距角，同时根据风速相应地调整桨距角，结合变速控制，可以实现额定功率的恒定输出。机组3个独立的变桨系统也是风机的刹车系统。该系统将叶片调整到顺桨（90）的位置，可减少叶
3、轮的出力。变桨后，风机的转速下降，直到风机停机。(二） 变桨系统的主要功能1、功率调节变桨距控制是风力发电机组最常使用的控制吸收风能的方法，通过变桨控制桨距角，来实现调节叶轮吸收风能的功率。在风速小于额定风速时，桨距角设定在零度附近，这样能使叶轮尽可能多的吸收风能，使发电机功率提高，更接近额定功率，此时空气动力载荷通常比在额定风速时小。在风速大于额定风速时，变速控制器和变桨控制器共同作用，通过变速控制器即控制发电机的扭矩使其恒定，从而恒定功率；通过改变桨距角来调节发电机转速，使其始终跟踪发电机转速的设定值，防止发电机和逆变系统过载，保证风机正常稳定运行，风速越大，桨距角越接近90，反之，则越接
4、近0。变桨系统的控制是风机运行、保证发电量的重要系统之一。2、气动刹车金风 1500kW 风力发电机组变桨系统是目前该系统唯一的停车机制，通过将桨叶迅速顺至停机位置来完成气动刹车。主控的所有停机指令，包括普通停机，快速停机和紧急停机，最后都是通过总线发给变桨系统来执行。机组的安全链的最后输出也是给变桨，任意一个安全链节点断开后，安全链系统送给变桨系统的高电平都会丢失，变桨系统会根据内部程序立即执行紧急停机。在执行停机或紧急停机的时候都是变桨柜接受主控传达信息，叶片迅速顺桨，利用空气阻力使得风机进入停机过程。图 1 变桨系统结构二、 金风 1.5MW 机组变桨系统主要元器件介绍1、变桨电机金风
5、1.5MW 机组变桨系统采用 SSB 直流电机驱动变桨，三个变桨电机分别驱动三个叶片变桨，变桨电机是驱动叶片变桨的直接动力，在变桨系统中有着不可替代的作用，三相动力电源、DP 总线及安全链信号分别通过 N、P、O 插头引入第一个变桨柜，动力电源通过 A1 引入下一变桨柜。三个柜子之间使用 CAN 总线连接。电网电源正常情况下，DCTransD直接驱动电机,由 2 号柜 2T1 供给 24VDC 电源（因为 2T1 的电压值为 25V高于各个柜体内 3T1 的电压 23.5V） ；电网掉电情况下，挂在 DCTransD 上的超级电容投入工作，驱动电机运转，并通过电容 225VDC 通过 3T1
6、供给24VDC 电源继续为 24VDC 辅助电路供电，完成顺桨。图 2 变桨原理结构2、变桨逆变器 AC2变桨逆变器 AC2 是意大利萨牌控制器 ZAPI AC-2 FZ5197-INV 逆变器，是当今世界上最先进的逆变器之一。额定电压为 48V，最大电流 450A，实际使用时由 60V 的直流电源超级电容供电，工作频率为 8kHz，输出电压为 3 相 29V，频率为 0.6 到 56HZ。外观如图 3 所示逆变器共有 6 个外部接口，我们使用了端口 A、D、E、F 的相关管脚，主控制器通过模拟/数字信号来控制驱动器动作和接收驱动器的反馈状态，两者之间并没有任何通讯协议。这样的控制方式不但满足
7、了逆变器在变桨系统中的协调工作，而且控制方式、控制结构和电路接线简单，方便安装维护和变桨控制，抗干扰能力强。图 3 变桨逆变器 AC23、充电器 NG5NG5 充电器将三相交流 400V 经过 NG5 充电电源整流输出 60V，80A，给超级电容和变桨逆变器 AC2 提供电源。充电器主要由输入滤波、DC-DC变换、输出高频整流滤波、二级滤波、以及 CPU 控制电路组成。其中输入整流滤波器对于电磁兼容有很大的作用，有效地抑制了来自交流电网的传导干扰，DC-DC 高频交换机使整机的效率大大提高。高频整流滤波与二级滤波共同作用使电源的输出纹波极小。CPU 控制系统用于控制各种负载变换情况下的稳定输出
8、。工作原理框图如图 3 所示。输入E M I滤波开 关变 换UVWC P U控 制 系 统D C 6 0 V容 性 负 载控制系统电源输入三相整流D C - D C功率输出高频滤波输出二级滤波G N D F图 4 NG5 工作原理框图4、主控制器贝福模块主控制器由总线控制器 BK3150、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块和 SSI 传感器检测模块组成，具有独立控制能力，并且负责向上位机 PLC 发送相关状态信息及运行参数，并且接收上位机 PLC 发送的各种指令。5、变桨备电超级电容超级电容由四组超级电容能量模块串联组成，每组能量模块的额定电压为 16.2V，容值为 500F。超级电容总的
9、电容值为 125F。6、A10 自制模块通过电阻分压原理，将超级电容高低电压 60V 和 30V 的电压转换为KL3404 允许输入的范围。7、接近开关利用铁性物质影响高频振荡电涡流的原理制作的电子开关。8、24V 电源模块，稳压模块把 60V 的电压转换成稳定的 24V 给控制回路提供电源。9、PT100 温度传感器铂的电阻值和温度具有良好的线性关系，该元件就是利用导体铂（pt）的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的元器件。10、除此之外还有绝对式旋转编码器、各种辅助保护继电器等，这里就不一一叙述。三、 控制原理（一） 便将原理框图贝 福 模 块开关电源N G 52 4 V 电 源模
10、块 - 1A 1 0 自 制模 块变 桨 电 机Q 1P t 1 0 0电机刹车旋 转 编 码 器9 0度限位开关8 7度接近开关状态信息超 级 电 容高 低 电 压信 号控 制电 源温度信号叶片桨距角电 机转 速反 馈UVWP r o f i b u s D P变桨电机温度0度接近开关变 桨 命 令状 态 信 号2 4 V 电 源模 块 - 2超级电容电 源电 磁 刹 车 电 源内 外 安全 链 信息 交 换变 桨逆 变器A C 2自动/手动转换向0度变桨向9 0度变桨图 5 变桨原理框图（二）变桨原理介绍三相交流 400V 经过 NG5 充电电源，整流输出 60V，80A，给超级电容充电，
11、NG5 的投入与切出完全取决于超级电容的电压，超级电容的高低电压经过 A10 自制模块处理后送给贝福模块 KL3404。主控器计算出超级电容的高低电压，只要检测到超级电容高电压低于 55V（58V） ，就以 80A 恒流输出；只要电容电压达到 60V 就断开。充电器和超级电容构成一个闭环的自动控制电路，始终保持超级电容有 60V 的电压，同时当来自滑环的电网电压掉电时，超级电容作为备用电源直接给变桨控制系统和逆变器 AC2 供电，保证变桨电控系统正常工作，执行停机动作。超级电容的输出直接接入变桨变频器 AC2 和 DC/DC24V 电源模块，AC2 变频器根据控制器的指令输出三相 29V，频率
12、为 0.6 到 56Hz 的交流电到电枢绕组中，驱动变桨电机以不同的转速和转向旋转，通过变桨减速器拉动齿形带带动变桨盘使叶片向不同方向转动，达到变桨的目的。控制器通过变桨电机内的绝对式旋转编码器实时检测叶片的角度，并且旋转编码器还将叶片变桨的方向和速度实时反馈给变桨逆变器 AC2，AC2根据控制器发送的变桨指令和反馈的实时数据进行变桨的自我调节。变桨控制系统中 BC3150 作为智能从站使用，每个变桨柜内的分布式I/O 通过 PROFIBUS DP 总线，向上位机 PLC 发送相关状态信息及运行参数，并且接收上位机 PLC 发送的各种指令，包括各种停机指令。考虑到变桨系统出现故障时，可能无法从
13、主控制器接受停机指令，或者停机信号，所以 BC3150 内部有控制程序，变桨系统出现故障，并且无法接收上位机PLC 发送的停机指令时，还能自主控制变桨系统进行顺桨停机。四、 关于苇糊梁西区 A32 机组三叶片主旋编位置偏差大故障的处理及解析（一） 故障发生过程2015 年 7 月 11 日 A32 机组报出三叶片主旋编位置偏差大和变桨电机温度高故障，经就地检查，初步判断为 K2 继电器内部线路问题，经现场人员登机后更换检查，发现 k2 继电器正常，而在变桨过程中变桨电机制动器抱死，初步判断为制动器有问题，需要跟换变桨电机。1、处理过程首先打开控制面板，查看所报叶片的主编码器和副编码器在此时所显
14、示的叶片位置是否一致，和叶片实际位置是否吻合。发现所显示叶片位置和叶片实际位置无明显差别，打开故障时生成的 B 文件，对所报叶片的叶片位置数据进行分析，发现主副编码器所记录位置无跳变，未发现在同一时间值相差大于 4 度，对此叶片进行手动变桨，实时观察叶片从 90 度变到 0 度时数据的变化，确认旋编完好，排除旋编质量问题。以本人当前技术水平来说尚无法解决此问题，但因当前机组已停机，并不影响对对变桨柜机变桨电机的检查。继续检查变桨电机，经过手动点动变桨，发现 2 号变桨电机电磁刹车并未松开，查看图纸发现 AC2 发出信号控制 K2 继电器吸合，由 K2 继电器发出信号控制变桨电机电磁刹车，初步判
15、断 AC2 故障或 K2 继电器故障，测量 AC2 输出端电压，发现输出电压为 23.9V，进行手动变桨，测量AC2 输出端电压，输出端电压为 0V，说明 AC2 能够正常工作，故排除 AC2故障，检查线路连接， 并未发现连接问题。图 6 变桨信号输入线路图检查 K2 继电器，并将其与 2 号变桨柜中的 K2 继电器互换，进行手动变桨，发现 2 号变桨电机电磁刹车能够正常松闸，且测量 X3 的 1 号端口和 2 号端口，输出端口电压为 23.8V，进行手动变桨时测量电压为 0V，故排除 K2 继电器故障。至此，已排除变桨电机外部故障，断电后对变桨电机进行拆解，拆除旋编后发现电磁刹车内部存在大量黑色粉末，用毛刷拨开黑色粉末，发现其中还有一个被磨断的螺丝，查找后发现时变桨电机内部螺丝脱落所致， （如图 7 所示） ，更换变桨电机后，电磁刹车能够正常松闸，故障消失，机组正常运行。
