CN101860012A

CN101860012A - 风力发电机组发电机过速预警保护方法

Info

Publication number: CN101860012A
Application number: CN200910081712A
Authority: CN
Inventors: 朱超林; 王东亚; 韩东伟
Original assignee: Beijing Tianyuan Science and Creation Wind Power Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Tianyuan Science and Creation Wind Power Technology Co Ltd
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2010-10-13

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组发电机过速预警保护方法，通过接近开关、齿盘、过速保护装置、总线及风机控制系统实现发电机过速预警保护，包括以下步骤：过速保护装置由转速检测电路、过速判断及保护电路和继电器组成，在过速判断及保护电路设置转速临界值；通过与齿盘接触的接近开关，获取发电机脉冲信号，并将脉冲信号输送至过速保护装置；过速保护装置中的转速检测电路对脉冲信号进行初步的处理，并将脉冲频率信号转变为占空比可调的负向脉冲信号；负向脉冲信号通过两个途径进行传输：一路信号传输至过速保护及判断电路后经过处理与转速临界值进行比较，并做出过速判断；另一路信号直接通过总线送到控制系统，控制系统进行过速判断。

Description

风力发电机组发电机过速预警保护方法

技术领域：

本发明涉及一种发电机过速预警保护方法，尤其涉及一种应用于大型并网型风力发电机组的发电机过速预警保护方法。

背景技术：

国内火电场、水电厂、汽轮机厂对大型发电机检测的方法主要是安装独立的转速传感器，用转速传感器来检测电机的转速。独立的转速传感器确实在很多大型的选装型设备上使用，应用的范围也比较广，但是价格比较昂贵，而且需要在设备上打孔固定，另外传感器和后面的信号处理设备之间需要长长的信号线来连接。

在风力发电领域，也是通过传感器进行风机发电机转速的检测，但是使用传感器检测存在三个缺点：1、预先在发电机上安装传感器给组装风机的工人带来了一定的难度。如果传感设备损坏了，在高空中拆卸这些设备难度也很高很不方便。2、传感器只是单纯测量转速，并没有采取数据对比的方式，这就导致测量结果误差比较大。3、传感器无法进行数据对比，从而无法进一步判断发电机是否过速，无法达到过速预警的功能。

发电机的转速过高，对风力发电机组有一定的危害，现有技术中缺乏一种过速预警装置，因此提供一种发电机过速预警保护方法是非常有必要的。

国内现阶段也没有针对上述情况的解决方案，所以综合上述问题，安装不方便、价格昂贵、功能单一，无预警机制等等都是现在国内发电机转速检测方面存在的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明针对现有技术无法实现发电机过速预警保护的缺点，提供一种风力发电机组发电机过速预警保护方法。

为了实现所述目的，本发明过速预警保护方法通过接近开关、过速保护装置、总线及风机控制系统，进行数据采集，处理及对比，从而实现发电机过速预警保护，其特征在于，包括以下步骤：

1、所述过速保护装置由转速检测电路、过速判断及保护电路和继电器组成，在所述过速保护装置中通过过速判断及保护电路设置转速临界值；

2、通过与发电机接触的接近开关，采集发电机转动时的脉冲信号，并将脉冲信号输送至所述过速保护装置；

3、所述过速保护装置中的转速检测电路对脉冲信号进行初步的处理，并将所述脉冲频率信号转变为占空比可调的负向脉冲信号；

4、所述负向脉冲信号通过两个途径进行传输：一路信号经过数据处理后得到信号处理值，所述信号处理值和所述转速临界值进行比较，比较结果通过所述继电器送出，所述继电器送出的干节点信号通过所述总线送到所述控制系统，所述控制系统根据得到的干节点信号对风机是否过速做出判断，并执行相应的动作；另一路信号直接通过所述总线送到所述控制系统，所述控制系统对所述信号进行相应处理从而得到信号处理值，所述信号处理值和所述控制系统内已设定转速临界值进行比较，进行过速判断。

上述方法中，所述过速保护装置包接近开关传感器、齿盘、过速保护及判断电路。

上述方法中，所述转速临界值在0～35转/分钟范围内。

上述方法中，所述负向脉冲信号在进行第二路信号传输过程中，所述控制系统可直接读取转速信号，并显示于客户端。

上述方法中，所述信号处理值大于或等于所述转速临界值，所述过速保护装置通过所述控制系统进行故障报警。

上述方法中，所述过速保护装置可以单独进行过速对比及处理，也可以通过所述控制系统实现过速对比及处理。

本发明从安装方式、成本、稳定性等方面考虑，综合现有设备存在的问题，设计出更为先进的装置，本发明方法不但能够检测发电机的转速，还可能通过对检测到的转速信号进行处理，来判断发电机是否超过发电机额定的转速。另外针对不同控制系统的需求，其中一路转速信号通过总线送到控制系统处理。控制系统不但可以根据得到的模拟量信号对风机做出一些控制，而且根据得到的转速信号，也可以让客户更直接了解到风机的运行状况，这样也便于检查风机的零部件的运行情况。

下面结合附图对最佳实施例进行详细说明。

附图说明

图1表示本发明的系统构建结构功能简图；

图2表示本发明的接近开关结构示意图；

图3表示本发明的转速检测电路图；

图4表示本发明的过速判断及保护电路图。

具体实施方式：

本发明所提供的风力发电机过速预警保护方法，能够实现的功能有：1)检测电机当前转速，并将结果按照(0～10VDC)的模拟量输出；2)判断电机当前转速是否超过设定值，并将结果输出干节点信号。

参照图1，本发明通过使用2个相互独立的接近开关传感器对同一个(尺数为60齿的)齿盘(而齿盘和叶轮的转速也是同步的)进行数齿来实现转速检测，该传感器输出的频率信号的占空比为50％，峰-峰值为24VDC，该频率信号其中一路再送入至过速保护装置，并由该过速保护装置判断电机转速是否超过设定保护值。若电机转速超过设定保护值，模块将输出干结点信号。该干结点信号在主控制系统中嵌入在系统安全链内，从而导致系统安全链动作，从而达到电机过速保护的目的。

同时，本发明方法中的另一路频率信号是与当前电机转速对应的电压模拟量，该电压模拟量被直接送至主控制系统，由主控制系统转换为转速，并对比通过其它方法得到的电机转速。当对比差值达到设定值即报“转速对比错误”，从而达到电机转速相互检查的目的。

目前风电行业主要使用以下两种发电机：一种是直驱同步发电机。另一种是双反馈异步发电机。这两种电机的转数差别很大，直驱发电机转速和叶轮转速同步，异步发电机的转速要快的多，因为叶轮的转速通过齿轮箱变速后，达到了很高的速度，然后再驱动发电机。

所以针对高低两种转速不同的发电机，本发明从风机的传动系统的前端检测数据，对于直驱风机，检测到的信号就是发电机真实的转速，对于异步发电机，检测到的转速信号转化为叶轮转速后，还需要通过一个换算公式，设定转速为A，齿轮箱转速比为B、那么异步发电机的转速为A*B。在控制系统中也很容易的得到了发电机的转速。所以对于不同类型的发电机，本装置都适合。

参照图2和图4，过速保护装置包括2个接近开关传感器、1个齿数为60齿的齿盘、过速保护及判断电路。参照图2，接近开关为3线直流连接，10～30VDC，常开PNP输出。接近开关可以无损不接触地检测金属物体。通过一个高频的交流电磁场和目标体相互作用实现检测。接近开关的磁场是通过一个LC振荡电路产生的，其中的线圈为铁氧体磁芯线圈。采用殊殊的铁氧体磁芯使得接近开关能够抗交流磁场和直流磁场的干扰。

参照图2，为本发明的转速检测转速电路图，电路由U1、U3、U4、U6及其他阻容器件构成。由芯片U1、U4及R6、C3、R16、C1、D7构成了输入信号拾取及预处理电路。接近开关送入模块的脉冲信号经过光耦4N33及由R6、C3构成的低通滤波器，然后经4093反向驱动后送给由C1、R16、D7构成的微分电路，将占空比为50％的脉冲频率信号调制为可变占空比的负向脉冲信号(该信号特征应为脉冲低电平宽度恒为约0.499ms，高电平宽度由输入频率确定)。该信号给NE555搭建的单稳态电路，输出占空比可调的脉冲信号(该信号特征为：高电平宽度恒为约19.05ms的可调占空比信号。高电平宽度可以由R35调节，占空比由输入信号频率确定)。

电机转速和对应电压的算法如下：V＝(T/t)×15，其中T是NE555调节的高电平脉冲宽度，t是传感器数齿脉冲的间隔时间，15是NE555输出高电平电压，T设定为19.05ms，t计算为t＝60s/(60*n)，其中60s是60s，分母的60是齿数，n是转速(rpm)，这样可以得到输出电压10V-35rpm，即V＝(19.05m/(1/35))×15＝10V。

参照图4，是本发明的过速判断及保护电路，电机转速临界值设定方式是选择P1端子的4、5、6、7、8与P1端子的9脚(-15V)组合连接，然后经U2D构成的加法器后输出，不同组合可以得到不同的电机转速临界值。通过前述方式所得到的对应实测转速的两路电压信号，分别与设定的临界值电压进行比较，由图中U3构成的迟滞比较器实现比较。当转速高于设定时，U3输出-15v使继电器失电断开，触点K1输出“断开”干节点信号。否则触点K1输出“闭合”干节点信号。U2D的输出电压表征为转速保护的临界电压值。该值可以由下面公式确定：

Vcomp＝-[(3.04/10.681)+(3.04/Rp9-4)+(3.04/Rp9-5)+(3.04/Rp9-6)+(3.04/Rp9-7)+(3.04/Rp9-8)]*(-15)VDC

其中：若4脚连接至9脚时Rp9-4＝20否则为0；

通过不同的组合可以设定不同的保护值，保护的范围是15～30.5rpm，最小区分度为0.5rpm。

本发明的最佳实施例已被阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims

1.一种风力发电机组发电机过速预警保护方法，通过接近开关、齿盘、过速保护装置、总线及风机控制系统，进行数据采集，处理及对比，从而实现发电机过速预警保护，其特征在于，包括以下步骤：

A所述过速保护装置由转速检测电路、过速判断及保护电路和继电器组成，在所述过速保护装置中通过过速判断及保护电路设置转速临界值；

B通过与所述齿盘接触的接近开关，采集发电机转动时的脉冲信号，并将脉冲信号输送至所述过速保护装置；

C所述过速保护装置中的转速检测电路对脉冲信号进行初步的处理，并将所述脉冲频率信号转变为占空比可调的负向脉冲信号；

D所述负向脉冲信号通过两个途径进行传输：一路信号经过所述过速判断及保护电路处理后得到信号处理值，并将所述信号处理值和所述转速临界值进行比较，比较结果通过所述继电器送出，所述继电器送出的干节点信号通过所述总线送到所述控制系统，所述控制系统根据得到的干节点信号对风机是否过速做出判断，并执行相应的动作；另一路信号直接通过所述总线送到所述控制系统，所述控制系统对所述信号进行相应处理从而得到信号处理值，所述信号处理值和所述控制系统内已设定转速临界值进行比较，进行过速判断。

2.根据权利要求1所述电机过速保护方法，其特征在于，所述转速临界值在0～35转/分钟范围内。

3.根据权利要求1所述电机过速保护方法，其特征在于，所述负向脉冲信号在进行第二路信号传输过程中，所述控制系统可直接读取转速信号，并显示于客户端。

4.根据权利要求2所述电机过速保护方法，其特征在于，所述信号处理值大于或等于所述转速临界值，所述过速保护装置通过所述控制系统进行故障报警。

5.根据权利要求4所述电机过速保护方法，其特征在于，所述过速保护装置可以单独进行过速对比及处理，也可以通过所述控制系统实现过速对比及处理。