【摘要】

變槳系統(tǒng)作為風力發(fā)電機組最重要的部件之一，對整個風力發(fā)電機組的穩(wěn)定及安全運行有不可或缺的作用，所以目前變槳系統(tǒng)的技術(shù)改造為老舊風場技術(shù)改造最重要的工作。本文在分析安全防護典型缺陷的基礎(chǔ)上，提供了幾個提升風機整體安全性的改造方案，包括變槳維護時的槳葉互鎖改造、風機運行時的應急偏航改造、風機在超速時變槳系統(tǒng)能夠自檢防超速的改造等，這些方案可以有效提升風機整體的安全可靠性。

背景

隨著技術(shù)的發(fā)展和使用環(huán)境以及需求的變化，對風機中使用的設(shè)備提出了更高的要求。但目前很多機組在安全防護上仍有很多不足，例如以下三種情況：

槳葉在維護模式下，三個槳葉可同時在0°位置。即在手動模式下，槳葉的動作無互鎖功能，在手動模式下，三個槳葉同時在0°位置，對檢修人員將造成嚴重的安全隱患。

特殊情況下安全鏈如果斷電，機組則無法進行偏航。目前多數(shù)風力發(fā)電機組的安全鏈回路均采用安全繼電器搭接組成。當安全鏈斷開后，機組由安全鏈控制的DO 點24V控制電源將被切斷，此時不能執(zhí)行如液壓泵打壓、機組偏航控制等DO 輸出動作。如果出現(xiàn)機組失速、槳葉未順槳等緊急情況，由于轉(zhuǎn)速超限、振動超限等因素使安全鏈無法復位，將不能通過手動或自動控制機組執(zhí)行偏航側(cè)風動作。

變槳系統(tǒng)無法進行緊急順槳。目前多數(shù)風力發(fā)電機組檢測主軸超速都是通過主控里超速繼電器和主軸轉(zhuǎn)速編碼器來檢測超速然后再通過通訊給出命令來觸發(fā)軟件變槳EFC程序來進行順槳，若由于通訊問題或其他意外情況導致安全鏈無法正常斷開，變槳系統(tǒng)將不能進行緊急順槳。

以上幾種情況都對維護人員的安全造成嚴重的安全隱患，在某些不當操作和環(huán)境因素的影響，會導致機毀人亡的后果。例如：武威市民勤縣紅砂崗“4·12”風機坍塌事故。

應用案例

廣西某風電場現(xiàn)有50臺機組，不具備變槳系統(tǒng)安全互鎖功能，需要對其進行技術(shù)改造。該風電場變槳系統(tǒng)為OAT變槳系統(tǒng)，在中控箱增加維護轉(zhuǎn)換開關(guān)S1，實現(xiàn)維護和自動控制功能，在維護模式，通過各軸的互鎖繼電器K1K2K3進行槳葉的互鎖。原理圖如下所示：

圖1：槳葉互鎖示意圖（軸3）

S1 為轉(zhuǎn)換開關(guān)，在1檔為運行模式，2檔為維護模式。

K1,K2,K3：互鎖繼電器

Out：X13.1PMM控制輸出

24VDCinternalX4.2：PMC控制電源

Enable X4.5：PMC使能信號（該信號為低電平時，PMC的IGBT始終處于關(guān)斷狀態(tài)）

當S1開關(guān)處于2檔時，軸3驅(qū)動器的使能信號由軸1和軸2的互鎖繼電器K1,K2控制。當軸1或軸2的槳葉沒有在88~100°范圍內(nèi)，K1或K2失電，軸3使能信號斷，軸3不能移動。同理，當軸3移動超出88~100°范圍，軸1和軸2的使能信號斷，軸1和軸2不能移動。基于以上原理，實現(xiàn)三個槳葉功能互鎖。

2.2 廣東某風電場1.5MW機組綜合改造項目

該風場風力發(fā)電機組的安全鏈回路采用安全模塊搭接組成。當安全鏈斷開后，機組由安全鏈控制的DO 點24V控制電源將被切斷，此時不能執(zhí)行如液壓泵打壓、機組偏航控制等DO 輸出動作。

整改前，受安全鏈影響的DO點供電回路經(jīng)過安全模塊到端子。當安全鏈斷開后，安全繼電器的觸點斷開連接，供電斷開，無法進行偏航。

整改后在機艙24V供電回路增加一個繼電器（此繼電器不受安全鏈控制），在需要緊急偏航時繼電器吸合，在安全鏈斷開的情況下給偏航相關(guān)設(shè)備的DO提供24V控制電源。如圖2所示，紅色框內(nèi)為增加部分。

圖2：增加旁路繼電器給DO用24V電源示意

在風機控制程序邏輯和操作界面上增加相應的功能，具體體現(xiàn)為：

在“特殊功能”界面增加“手動應急偏航使能”按鈕，在需要進行緊急偏航時，按下“手動應急偏航使能”按鈕，在界面狀態(tài)代碼欄中會出現(xiàn)“手動應急偏航激活”代碼，通過手動觸發(fā)“手動偏航”按鈕和“順時針”（或“逆時針”）按鈕即可執(zhí)行手動偏航動作。

2.3 內(nèi)蒙某風電場1.5MW機組綜合改造項目

該風場風力發(fā)電機組檢測主軸超速是通過主控里超速繼電器和主軸轉(zhuǎn)速編碼器來檢測超速然后再通過通訊給出命令來觸發(fā)軟件變槳EFC程序來進行順槳。為了實現(xiàn)變槳系統(tǒng)自檢超速進行順槳動作，進行了以下整改，在變槳系統(tǒng)控制柜中增加速度控制器，用于接收外部傳感器的脈沖信號，在柜體中增加24V防雷模塊，對柜體內(nèi)部速度控制器進行保護。在輪轂大盤處安裝接近開關(guān)和碼盤用來檢測速度并將脈沖信號接入到速度控制器上，接近開關(guān)為三線制PNP型接近開關(guān)。增加一個接觸器，將EFC緊急順槳信號接入到該繼電器的常閉觸點。機組正常運行時接觸器不動作，但在機組超速發(fā)生時，該接觸器得電，常閉觸點變?yōu)槌ｉ_觸點，變槳系統(tǒng)進行緊急順槳。該接觸器的動作由超速繼電器控制。

技術(shù)要點

該方案主要由三部分功能改造組成，槳葉互鎖改造，充分利用驅(qū)動器的內(nèi)部參數(shù)設(shè)置和轉(zhuǎn)換開關(guān)、繼電器等組成了一個安全可靠的可轉(zhuǎn)換的互鎖回路。正常模式下，驅(qū)動器的使能不受改造回路影響，維護模式下組成互鎖回路；應急偏航改造，完全不影響機組正常運行，當機組因故障導致安全鏈斷開尤其是機艙和塔基通訊斷開或PLC死機后依然能實現(xiàn)手動偏航，使機組偏離主風向，保證機組安全；變槳系統(tǒng)防超速改造，在輪轂附近安裝一個接近開關(guān)和碼盤來檢測主軸的速度，再把這個脈沖信號接到變槳控制柜的速度控制器里，當主軸超速時速度控制器的觸點會動作，通過與EFC回路串聯(lián)的觸點動作來實現(xiàn)變槳系統(tǒng)的緊急順槳。

應用前景

目前絕大多數(shù)機組都不具備槳葉互鎖、應急偏航、變槳系統(tǒng)防超速的功能，且隨著越來越多大功率風力發(fā)電機組投入運營及機組服役年限的不斷增長，風電設(shè)備的安全事故頻發(fā)，機組在安全性能方面的改造越來越受到各風電場人員的重視。

參考文獻：

[1] 王華。風電發(fā)電變槳距控制系統(tǒng)的研究[D]華北電力大學。2010年。

[2] 葉杭冶。風力發(fā)電機組監(jiān)測與控制（第2版）[M]北京：機械工業(yè)出版社，2019年。