CN102305178A - 防飞车保护装置及变桨控制系统 - Google Patents

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叶太顺
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Abstract

本发明公开了一种防飞车保护装置及变桨控制系统，防飞车保护装置包括加速度开关，所述的加速度开关安装在风轮轮毂上，所述的加速度开关是由依次相连的加速度传感器、信号转换模块和速度检测控制模块组成，速度检测控制模块连接变桨控制系统中电机驱动器的EFC输入端子。本发明在原有变桨控制系统的基础上增加了防飞车保护装置，该装置的风轮转速设定值要大于原有系统的风轮转速设定值，当原有系统限速装置失效时，无法执行紧急顺桨功能和实现安全顺桨，因此，风轮转速继续增加，当风轮转速到达加速度开关的设定值时，加速度开关触点断开，触发安全链EFC信号，电机驱动器直接分别驱动变桨电机执行紧急顺桨功能，实现整机的安全制动。

Description

防飞车保护装置及变桨控制系统
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种防飞车保护装置及变桨控制系统。
背景技术
近年来，世界各风场频频出现风机发生飞车倒塌的现象，造成灾难性的重大损失。而风机发生飞车的主要原因是风轮转速过高，严重超过其设计的转速，超过风机所承受的载荷，致使风机倒塌。导致风轮转速过高的原因是变桨控制系统失控，无法执行紧急顺桨功能，实现安全停机。
目前，应用在风力发电机组变桨控制系统上的限速保护方法主要是通过检测发电机的转速来改变叶片的桨距角，从而控制风轮的转速，当发电机超速时，主控系统通过总线或触发安全链将超速信号传递给变桨PLC控制器，执行紧急顺桨功能，实现整机安全制动。或者通过接近开关检测风轮的转速，并安装过转速保护模块，当转速超过某一设定值时，触发安全链，实现顺桨功能。
目前使用的转速检测装置均安装在机舱内，通过主控系统处理后，经过滑环将超速信号通过EFC(Emergency Feather ing Command紧急顺桨指令)端子传递给变桨PLC控制器，由于信号传递途径过长，故障点相应增加，机组安全可靠性相应降低。例如，滑环信号接触不良，使得变桨PLC控制器和主控系统之间信号无法进行实时、正确的传递，造成在超速时，变桨PLC控制器无法紧急顺桨，导致发生飞车灾难性事故。主要原因是齿轮箱漏油严重时造成滑环内进油，油附着在滑环与插针之间形成油膜，起绝缘作用，导致变桨通讯信号时断时续，致使主控柜控制单元无法接收和反馈超速信号，导致变桨PLC控制器无法执行紧急顺桨；还有由于滑环的内部构造的原因，出现滑环磁道与探针接触不良等现象，也会引发信号的中断和延时。
发明内容
本发明克服了已有风力发电机组的限速保护装置信号传递途径过长、故障点多，安全可靠性相对低的缺点，提供了一种原理简单、安装维护方便、安全可靠性高的防飞车保护装置及变桨控制系统。
本发明的技术方案是这样实现的：
防飞车保护装置，包括加速度开关，所述的加速度开关安装在风轮轮毂上，所述的加速度开关是由依次相连的加速度传感器、信号转换模块和速度检测控制模块组成，所述的速度检测控制模块连接变桨控制系统中电机驱动器的EFC输入端子。
作为优选，所述的加速度开关安装在底座上，所述的底座与风轮轮毂相连。
作为优选，所述的加速度开关安装在风轮轮毂的内径最大处。所述的加速度开关用于测量风轮转速；加速度开关能够实时检测风轮的实际转速信号，根据实际转速信号与设定值比较的结果，控制加速度开关触点的动作。当实际转速信号小于设定值时，加速度开关触点闭合；当实际转速信号大于设定值时，加速度开关触点断开；而加速度开关触点串联在安全链中，EFC信号直接与变桨电机驱动器的EFC输入端子相连，当检测到轮毂转速超过设定值时，加速度开关触点断开，触发安全链EFC信号，从而触发3个电机驱动器直接分别驱动3个变桨电机执行紧急顺桨功能，实现整机的安全制动，以防止风电机组出现飞车灾难性事故。
变桨控制系统，包括依次相连的主控系统，变桨PLC控制器，电机驱动器与变桨电机，所述的电机驱动器连接有超级电容组，所述的电机驱动器连接有如上所述的防飞车保护装置。
采用了上述技术方案的本发明的设计构思及有益效果是：
为了增强风力发电机组的安全可靠性，克服原有系统限速装置信号传输途径长、故障点多的不足，保证在原有系统限速装置失效时能够执行紧急顺桨功能，实现风电机组的安全停机，在原有系统的基础上增加该变桨控制系统的防飞车保护装置，增加一层保护措施，使得风力发电机组整机安全等级提高一个级别。该防飞车保护装置是安装风轮轮毂里，独立于机舱主控系统，所以信号线路连接不必经过滑环连接，从而减少故障发生率；而且超速信号输出直接与变桨电机驱动器的EFC输入端子相连，因此不经过控制器模块，从而减少因控制器损坏或是控制器之间通信出错引起的故障。以上这两点设计足以说明在风轮超速时该防飞车保护装置能够减少整机安全顺桨的故障率。
该防飞车保护装置的风轮转速设定值要大于原有系统的风轮转速设定值，当原有系统限速装置失效时，无法执行紧急顺桨功能和实现安全顺桨，因此，风轮转速继续增加，当风轮转速到达加速度开关的设定值时，加速度开关触点断开，触发安全链EFC信号，3个电机驱动器直接分别驱动3个变桨电机执行紧急顺桨功能，实现整机的安全制动，以避免风电机组飞车灾难性事故的发生。
本发明的实用效果主要表现在：
1.原理简单、安装维护方便；
2.可靠性、安全保护等级高。
附图说明
图1为本发明防飞车保护装置的安装示意图；
图2为防飞车保护装置中加速度开关的原理图；
图3为本发明变桨控制系统的工作原理图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式如下：
实施例：如图1所示，本发明一种防飞车保护装置，包括加速度开关7，所述的加速度开关7安装在底座8上，底座8通过螺丝9安装在风轮轮毂10上，所述的加速度开关7处于风轮轮毂10的内径最大处。
如图2所示，所述的加速度开关是由依次相连的加速度传感器、信号转换模块和速度检测控制模块组成，所述的速度检测控制模块连接变桨控制系统中电机驱动器的EFC输入端子；所述的加速度开关随着风轮一起旋转，用于实时检测风轮的转速，并根据与设定值的比较结果，控制触点的开合。
具体地，加速度传感器用于实时测量风轮转动角加速度；信号转换模块用于将加速度信号转换为速度信号输出；速度检测控制模块用于接收信号转换模块输出的速度信号，根据实际转速信号与设定值的比较结果，控制加速度开关触点的动作。当实际转速信号小于设定值时，加速度开关触点闭合；当实际转速信号大于设定值时，加速度开关触点断开；而加速度开关触点串联在安全链中，EFC信号直接与电机驱动器的EFC输入端子相连，当检测到轮毂转速超过设定值时，加速度开关触点断开，触发安全链EFC信号。
如图3所示，一种变桨控制系统，包括依次相连的主控系统1，变桨PLC控制器2，电机驱动器4与变桨电机5，所述的电机驱动器4连接有作为电源的超级电容组6，所述的电机驱动器4连接有如上所述的防飞车保护装置3；由于主控系统1的EFC信号、变桨PLC控制器2的EFC信号、防飞车保护装置3的EFC信号均是以常闭触点的形式串联在一起的，则当任一个故障条件满足均能够触发EFC信号，由超级电容组6提供备用电源，在电机驱动器4的驱动控制下，驱动变桨电机5，实现紧急顺桨。
由于防飞车保护装置3是独立于机舱的主控系统1和轮毂的变桨PLC控制器2，作为整机安全保护的最后一层重要保障，则其风轮转速的设定值要高于主控系统1触发安全链EFC时风轮的转速值。正常工作时，检测电机驱动器4的EFC输入端子电压为高电平，当任一个故障条件满足时触发EFC，此时检测电机驱动器4的EFC输入端子电压为低电平。当出现故障需要立即紧急顺桨，而主控系统1和变桨PLC控制器2的限速装置失效时，即主控系统1和变桨PLC控制器2无法将电机驱动器4的EFC输入端子电压的高电平信号变为低电平，无法执行紧急顺桨功能和实现安全顺桨，因此，风轮转速继续增加，当风轮转速到达加速度开关的设定值时，加速度开关触点断开，触发安全链EFC信号，将电机驱动器4的EFC输入端子电压的高电平信号变为低电平，由超级电容组6提供备用电源，风轮中的3个电机驱动器直接分别驱动3个变桨电机执行紧急顺桨功能，实现整机的安全制动，以避免风电机组飞车灾难性事故的发生。

Claims (4)

1.一种防飞车保护装置，其特征是：包括加速度开关，所述的加速度开关安装在风轮轮毂上，所述的加速度开关是由依次相连的加速度传感器、信号转换模块和速度检测控制模块组成，所述的速度检测控制模块连接变桨控制系统中电机驱动器的EFC输入端子。
2.根据权利要求1所述的防飞车保护装置，其特征在于：所述的加速度开关安装在底座上，所述的底座与风轮轮毂相连。
3.根据权利要求1或2所述的防飞车保护装置，其特征在于：所述的加速度开关安装在风轮轮毂的内径最大处。
4.一种变桨控制系统，包括依次相连的主控系统，变桨PLC控制器，电机驱动器与变桨电机，其特征在于：所述的电机驱动器连接有权利要求1所述的防飞车保护装置，所述的电机驱动器连接有超级电容组。
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