CN102080627B - 双馈风力发电机组的安全链单元 - Google Patents

Abstract

一种双馈风力发电机组的安全链单元，包括供电电源(1)、安全继电器(2)、第一组安全触点(3)、第二组安全触点(4)、安全链复位按钮(5)和安全链输出控制继电器组(6)；供电电源(1)的输出接入安全继电器(2)的电源端；第一组安全触点(3)和第二组安全触点(4)常闭的形式分别接入安全继电器(2)的两个输入通道(S21、S22、S31、S32)；复位按钮(5)接入安全继电器的复位端口(S33、S34)安全链输出控制继电器组(6)的两个线圈(2K1、2K2)并联分别接入安全继电器的输出通道(13、14、23、24)。两个输入通道(S21、S22、S31、S32)同时工作。安全继电器(2)内置有单输入通道(S11、S12)与所述的两个输入通道(S21、S22、S31、S32)并行。

Description

双馈风力发电机组的安全链单元

技术领域

本发明涉及一种风力发电机组的安全链单元。

背景技术

目前在各种类型风力发电机组的控制系统中，安全链回路均采用单通道输入，单通道输出的形式，等级和安全性能都较低，当安全链中的某个节点发生故障，就会造成机组停机，直到系统维护完成。或者以牺牲机组安全为代价，短接或屏蔽故障点换取机组的暂时工作。而且对于单通道输出安全链，在安全链回路输出继电器的触点发生粘连时，就会造成安全链无输出或常输出，从而威胁机组的安全。

专利201010017128.0提出了一种单通道安全链结构。该安全系统包括电源、纽缆开关、振动保护开关、电网保护开关、变流器保护开关、机舱和塔座急停按钮、分布式心跳监视开关、转速保护开关和安全继电器。该安全系统将以上节点以常闭触点的形式串联成一条回路，当任何一点动作后，安全继电器动作，控制系统执行安全停机。

专利201010017128.0提出的安全链使用的是单通道输入的方式，其主要缺点是当链条中的任意一个器件故障时，安全系统就无法正常工作，导致机组停机，直到故障修复，引起机组的长时间停机，影响机组发电效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有单通道安全链系统出现故障后无法正常工作，影响机组发电效率的缺点，提出一种具有双通道输入输出的安全链系统，以便对风机的极端情况做更严密的保护。

本发明采用以下技术方案：

本发明双馈风力发电机组的安全链单元包括六个组成部分：供电电源、安全继电器、第一组安全触点、第二组安全触点、安全链复位按钮和安全链输出控制继电器，上述部件之间以安全继电器为核心，通过硬接线将供电电源、第一组安全触点、第二组安全触点、安全链复位按钮和安全链输出控制继电器接入安全继电器的相应通道：电源的输出接入安全继电器的电源端；第一组安全触点和第二组安全触点分别接入安全继电器的两个输入通道；安全链复位按钮接入安全继电器的复位端口；安全链单元的输出由两个继电器组组成；这两个继电器的线圈并联后再分别接入安全继电器的两个输出通道。

所述的安全链单元是一个以安全继电器为核心部件的硬件的机组安全保护回路。安全链单元独立于双馈风力发电机组的控制系统工作，安全链单元与风力发电机组控制系统的中央控制器通过看门狗信号连接起来，监视风力发电机组的控制系统的工作状态。安全链单元与机组的控制系统之间的信号联系是：双馈风力发电机组控制系统向安全链单元发送持续的看门狗脉冲信号，安全链单元接收到此脉冲信号后给所述的双馈风力发电机组控制系统的中央控制器发送安全链闭合信号，然后中央控制器再给控制系统的其他单元，如机舱控制单元、变流器通讯单元、变桨系统通讯单元等发送安全链闭合信号，机组才能进行正常的工作。本发明所述控制系统的中央控制器放置在塔基柜内构成塔基控制单元，机舱控制器放在机舱控制柜内构成机舱控制单元，塔基控制单元与机舱控制单元之间采用光纤以太网方式连接。安全链单元的核心器件安全继电器放在机舱控制柜内。

本发明的安全链单元的工作原理如下：所述的双馈风力发电机组控制系统上电后，机组可以通过复位按钮来复位安全链，安全继电器得到复位信号后，检查安全继电器的两路输入，如果全部输入信号：急停按钮没有按下，左纽缆开关未触发，右纽缆开关未触发，振动开关未触发，超速继电器没有触发，控制系统CPU发出看门狗信号，则安全继电器输出通道有24V输出，接在安全继电器输出通道的接口继电器得电，由该继电器的辅助触点控制的执行机构的电源接通，执行机构动作；反之如果输入通道中的任何一个输入点没有闭合，安全继电器没有输出。

本发明具有以下特征：

(1)本发明的安全链单元中采用PILZ的安全继电器PONZ X3P。安全继电器内置双核CPU；该安全继电器具有双输入和单输入两种选择，本发明双馈风力发电机组控制系统的安全链单元采用双路安全触点，同时接入安全继电器的双输入通道；安全继电器自带3个安全输出触点，可以同时控制多路输出信号；

(2)安全继电器有手动复位和上电自动复位两种复位方式；控制系统可以选择使用手动复位或上电自动复位，但是只能选择其中一种；

(3)控制系统的外围安全触点使用两路，这就要求每个执行机构要提供两对接入安全链的常闭触点。

本发明的有益效果：

本发明电路实施简单，又可以有效的起到保护作用，主要优点：

(1)本发明控制系统的安全链有单输入和双输入两种选择，当安全链中的某一个或几个触点故障，只要触点不重复，就可以将非故障触点相连，接入安全继电器的单输入通道，这样又构成了常规机型的安全链，可避免常规控制系统中当安全链的某一个环节出现故障时，需要停止机组运行或暂时屏蔽故障让机组继续运行带来的风险，减少机组停机时间；

(2)安全继电器的两个输入通道内置了两个脉冲发生器，可以发出两个不同频率的脉冲，如果两组输入触点发生短路，就会在两个通道得到两个相同频率的脉冲，测试人员就可以及时发现故障所在；

(3)安全链的外部输出回路也采用了双继电器控制回路，这样又大大降低继电器的故障率，同时由于控制输出回路较多，可以通过继电器的辅助触点进行扩容。

附图说明

图1控制系统结构图；

图2安全链回路电气原理图；

图3安全链回路动作软件流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1给出的是应用本发明的安全链单元的控制系统的结构图。该双馈风力发电机组控制系统采用两柜式设计，即包括塔基柜和机舱柜两个部分。该控制系统主要包括塔基控制单元、机舱控制单元、安全链单元、变流器通讯单元、变桨系统通讯单元、中央监控系统(SCADA)通讯单元和人机操作界面(HMI)单元。塔基控制单元放在塔基柜内，机舱控制单元放置在机舱柜中。塔基柜控制单元与机舱控制单元之间采用光纤以太网方式连接，在塔基控制单元和机舱控制单元之间增加两个工业以太网交换机作为接口模块。所述的控制系统与变流器通讯单元、变桨系统通讯单元之间的通讯均采用PROFIBUS-DP通讯方式；塔基控制单元与SCADA单元和HMI单元均采用以太网通讯，由于SCADA单元需要组网，所以在SCADA单元侧增加一个工业以太网交换机。本发明安全链单元与该控制系统通过看门狗信号连接起来。以上塔基控制单元、机舱控制单元、安全链单元、SCADA单元和HMI单元在现代风力发电机组中属于常规设置单元。

图2所示为本发明双馈风力发电机组控制系统中的安全链单元的主要构成。如图2所示，安全链单元包括：供电电源1、安全继电器2、第一组安全触点3、第二组安全触点4、安全链复位按钮5和安全链输出控制继电器组6。其中第一组安全触点3包括：左纽缆开关3.1、超速继电器开关3.2、看门狗继电器开关3.3、右纽缆开关3.4、振动开关3.5、急停按钮开关3.6；其中第二组安全触点4包括：左纽缆开关4.1、超速继电器开关4.2、看门狗继电器开关4.3、右纽缆开关4.4、振动开关4.5、急停按钮开关4.6。所述的看门狗信号用以检测风力发电机组控制系统的CPU的死机等故障；所述的超速信号用于防止风机过速；所述的左右纽缆信号防止风力发电机组的过度纽缆；所述的振动信号防止风机过振动；所述的急停信号用于在极端情况下紧急停机。

安全链单元的六个组成部分：供电电源1、安全继电器2、第一组安全触点3、第二组安全触点4、安全链复位按钮5和安全链输出控制继电器组6之间用硬接线相互连接，供电电源1的输出接入安全继电器2的电源端；第一组安全触点3和第二组安全触点4分别接入安全继电器2的两个输入通道S21、S22和S31、S32；复位按钮5接入安全继电器的复位端口S33、S34；两个安全链输出控制继电器组6由两个继电器2K1、2K2组成，这两个继电器2K1、2K2的线圈先并联，然后再分别接入安全继电器的输出通道13、14和23、24，以上六个部分之间以硬接线的方式相连。

本发明的工作原理如图2所示：第一组安全触点3和第二组安全触点4以常闭的形式串进安全继电器2的两个输入通道S21、S22和S31、S32，所述的两个输入通道S21、S22和S31、S32同时工作，其中风力发电机组任何一个环节的故障都会引起安全链断开，机组紧急停机。该安全继电器2还内置一个单输入通道S11、S12，这个单输入通道与两个输入通道并行，当两个输入通道发生故障时，可以使用单输入通道，以保证机组的正常工作。当安全链单元中的某个节点故障时，可将两个输入通道中的一组接入单输入通道S11、S12，使安全链可正常使用。

安全继电器的复位端口S33、S34用来接收安全链复位信号，此信号是个脉冲信号，安全继电器检测到复位信号后，对安全继电器2的两个输入通道S21、S22和S31、S32的输入信号进行自检，当输入通道S21、S22和S31、S32的第一组安全触点3和第二组安全触点4都是闭合状态，安全继电器有电信号输出，安全继电器的复位端口S33、S34连接安全链单元中的复位按钮，与其他外部回路没有任何联系。复位端口S33、S34是手动复位通道，接入了一个手动复位按钮，也可以接入多个复位按钮，按钮之间并联连接；当按下复位按钮，安全继电器检测到复位脉冲，如果输入通道的全部常闭触点闭合，则安全继电器输出24V，安全链闭合。安全继电器2的S13、S14是一组自动复位端口，当选择手动复位时，不能将自动复位通道短接，由此安全继电器会得到一个不间断的复位输入，致使安全继电器无法正常工作，所以将安全继电器2的自动复位端口S13、S14悬空。

安全继电器2的两个输出通道13、14和23、24同样也使用了两个继电器控制执行机构的供电输出。安全继电器2的输出通道接安全链单元中的安全链输出控制继电器组6的线圈，安全链闭合后，源于安全继电器自身的工作特性，安全继电器2的输出通道会有电压输出，安全链输出继电器组6线圈带电，串入执行机构供电回路的输出继电器辅助触点得电，执行机构带电，反之失电。输出继电器组6的两个继电器2K1、2K2，当其中一个继电器的触点发生粘连时，另一个继电器的触点可以断开执行机构的供电。

整个安全链单元的工作原理是：将第一组安全触点3和第二组安全触点4接入安全继电器的输入通道，将复位按钮5接入安全继电器的复位通道，将输出继电器组6接入安全继电器的输出通道，将供电电源1接安全继电器的电源端。按下复位按钮，安全继电器检测到复位按钮发来的复位脉冲，开始系统内部自检，如果安全继电器检测到输入通道的全部输入正常，则安全继电器自身的输出通道发出电压信号，此电压信号发送到安全链输出继电器的线圈，使安全链输出继电器的线圈得电，从而控制安全链输出继电器的触点吸合，进而控制风力发电机组执行机构的得电与失电。安全链单元工作完成。

本发明可应用在其他机型的控制系统中；也可以根据机组实际情况改变安全链的输入输出点数和信号内容，都可以实现同样的控制目标。

图3给出了安全链单元的工作流程，安全链单元按如下逻辑工作：101风力发电机组控制系统开始上电自检，102判断机组状态是否正常，如果不正常进入104报系统故障，否则进入103，按下复位按钮，程序进入判断，105判断看门狗信号，如果看门狗正常，进入106判断左纽缆是否达到极限，如果左纽缆未达到极限，进入107判断右纽缆是否达到极限，如果右纽缆未达到极限，进入108判断振动信号，如果振动信号未达到极限，进入109判断转速信号是否达到极限，如果转速信号未达到极限，进入110判断急停信号是否有效，如果急停按钮释放则进入111安全链可以复位，以上对机组状态、左纽缆、右纽缆、超速、振动和急停信号判断中，如有一条不成立则进入112，安全链不能复位。

Claims (3)

1.一种双馈风力发电机组的安全链单元，其特征在于，所述的安全链单元包括供电电源(1)、安全继电器(2)、第一组安全触点(3)、第二组安全触点(4)、安全链复位按钮(5)和安全链输出控制继电器组(6)；供电电源(1)的输出接入安全继电器(2)的电源端；第一组安全触点(3)和第二组安全触点(4)常闭的形式分别接入安全继电器(2)的两个输入通道(S21、S22、S31、S32)；复位按钮(5)接入安全继电器的复位端口(S33、S34)；安全链输出控制继电器组(6)由两个继电器(2K1、2K2)组成，所述的两个继电器(2K1、2K2)的线圈并联后分别接入安全继电器的两个输出通道(13、14、23、24)；所述的安全继电器(2)内置有单输入通道(S11、S12)，所述的单输入通道(S11、S12)与所述的两个输入通道(S21、S22，S31、S32)并行。

2.按照权利要求1所述的双馈风力发电机组的安全链单元，其特征在于，所述的安全链单元采用两组安全信号，即第一组安全触点(3)和第二组安全触点(4)作为安全链单元的输入，安全继电器(2)的两个输入通道(S21、S22，S31、S32)同时工作。

3.按照权利要求1所述的双馈风力发电机组的安全链单元，其特征在于，所述的第一组安全触点(3)包括：左纽缆开关(3.1)、超速继电器开关(3.2)、看门狗继电器开关(3.3)、右纽缆开关(3.4)、振动开关(3.5)、急停按钮开关(3.6)；所述的第二组安全触点(4)均包括左纽缆开关(4.1)信号、超速继电器开关(4.2)、看门狗继电器开关(4.3)、右纽缆开关(4.4)、振动开关(4.5)和急停按钮开关(4.6)。

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