CN102865190B - 一种适用于液压变桨系统的安全保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于风力发电机组液压变桨系统的安全保护装置，属于风力发电机组控制技术领域。包括设置于液压变桨控制柜中的用于信号采集、逻辑运算、控制输出的嵌入式工业控制器，和设置于液压变桨控制柜安全回路中的：用于安全回路实时监视与控制的安全继电器、用于温度监视与保护的温控器与时间继电器、用于轮毂手动急停的急停按钮、用于控制信号中转的中间继电器、用于电液控制装置伺服控制回路控制的功率继电器。本发明的适用于风力发电机组液压变桨系统的安全保护装置，独立设置在液压变桨控制柜内，可有效改善大型风机液压变桨控制系统安全保护性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于风力发电机组液压变桨系统的安全保护装置，属于风力发电机组控制技术领域。
背景技术
风能作为一种清洁可再生能源，越来越受各国政府的重视，随着大功率、可并网风力发电技术的逐步成熟，风电装机容量在全球范围内取得了爆炸式的增长。液压变桨系统，作为主流变桨系统的一种，因其结构简单、动态响应好、扭矩大、无需变速机构和备用电源等优点广泛应用于兆瓦级以上的风力发电机组。该系统可有效减少风机载荷，并使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能，提高了风力发电机的发电效率和电能质量。
传统的液压变桨系统，一般由机舱控制柜、电液控制回路、液压站、变桨执行机构和桨距角传感器组成，其中变桨执行机构和桨距角传感器安装于轮毂中，只作为液压变桨系统的执行机构和桨距角反馈单元，液压变桨系统的控制运算、安全保护功能都由机舱控制柜集成实现。随着风力发电机组容量越来越大，风机轮毂内需采集和处理信号成倍增加，在轮毂内安装变桨系统进行就地信号采集、处理、并执行变桨操作，可有效解决滑环容量不足的问题，并提高风机运行的安全性，是一种有效的解决方案，与此同时，由于轮毂内的液压变桨控制柜越来越智能和独立，集成于机舱控制柜的安全保护功能无法有效满足液压变桨系统安全保护需要，因此，在液压变桨控制柜内设置独立的安全保护装置显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术缺陷，提供一种适用于风力发电机液压变桨系统的安全保护装置。
本发明的目的，通过以下技术方案实现：
一种适用于风力发电机液压变桨系统的安全保护装置，其特征在于：包括设置于液压变桨控制柜中的用于信号采集、逻辑运算、控制输出的嵌入式工业控制器，和设置于液压变桨控制柜安全回路中的：用于安全回路实时监视与控制的安全继电器、用于温度监视与保护的温控器与时间继电器、用于轮毂手动急停的急停按钮、用于控制信号中转的中间继电器、用于电液控制装置伺服控制回路控制的功率继电器。
进一步的：
安全保护装置安装于液压变桨控制柜内，用于实现安全回路监视与控制、外部供电中断保护、温控失效保护等，从而使液压变桨系统具备独立安全保护功能。
嵌入式工业控制器采集来自安全继电器、温控器、急停按钮信号，并根据控制算法进行相应运算，进而输出控制器正常、程序正常状态信号串入安全回路，输出控制信号控制中间继电器，中间继电器驱动电液控制装置，实现液压变桨系统正常变桨或紧急停机。
安全继电器为安全保护装置核心器件，监视液压变桨控制柜安全回路所有信号，包括手动急停、控制器正常、程序正常、外部安全回路正常信号，当其中任何一个信号断开，则安全回路断开，安全继电器动作并输出控制信号给中间继电器，中间继电器驱动电液控制装置急停回路，实现液压变桨系统紧急停机。
温控器与时间继电器用于实现温度监视与保护功能，设备上电时，当环境温度大于温控器设置的最低启动温度T0时，温控器闭合，时间继电器得电动作，控制器正常得电运行；设备运行过程中，若环境温度突然降低或者柜内温控回路故障，导致温度低于最低启动温度T0时，温控器自动断开，控制器收到温控器断开信号，输出控制信号实现液压变桨紧急停机，同时，时间继电器延时断开功能触发，计时满30秒后断开控制器供电，从而避免控制器因运行于工作温度范围之外而受损。
急停按钮用于轮毂内手动急停，当安装、调试等过程中出现紧急情况需要急停时，可手动按下急停按钮，急停按钮触发安全继电器，实现液压变桨系统紧急停机，同时急停按钮通过XCE接口对外输出急停信号，用于机舱控制柜安全控制。
中间继电器用于中转来自控制器或者安全继电器的控制信号，驱动电液控制装置，实现液压变桨系统正常变桨或紧急停机。
功率继电器用于电液控制装置伺服控制回路闭合切断控制，安全保护装置正常运行时，功率继电器得电闭合，电液控制装置伺服控制回路闭合；安全回路断开，安全继电器动作时，功率继电器失电断开，电液控制装置伺服控制回路断开，电液控制装置急停回路投入工作。
该发明的有益效果主要体现在提供一种适用于风力发电机组液压变桨系统的安全保护装置，独立设置在液压变桨控制柜内，可有效改善大型风机液压变桨控制系统安全保护性能。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1是本发明安全回路电气原理图；
图2是本发明控制器回路电气原理图；
具体实施方式
本发明的适用于风力发电机液压变桨系统的安全保护装置，包括：用于信号采集、逻辑运算、控制输出的嵌入式工业控制器；用于安全回路实时监视与控制的安全继电器；用于温度监视与保护的温控器与时间继电器；用于轮毂手动急停的急停按钮；用于控制信号中转的中间继电器；用于电液控制装置伺服控制回路控制的功率继电器。嵌入式工业控制器采用PLC控制器。
下面简要描述下本发明的工作过程：
如图1和图2所示，液压变桨系统正常运行时，安全保护装置中温控器BT3闭合，时间继电器K108得电闭合，控制器PLC上电后正常运行并输出控制器正常K102、程序正常K103状态信号串入安全回路，急停按钮EP104状态信号同样也串入安全回路，整个安全回路都正常闭合后，安全继电器KER得电动作，使功率继电器K107闭合，电液控制装置伺服控制回路闭合，使中间继电器K100A、K100B、K100C、K101A、K101B、K101C线圈负极得电，电液控制装置急停控制回路正常工作。此时，整个安全保护装置投入运行，处于监视状态。
当急停按钮EP104动作时，其11/12与21/22常闭触点都断开，11/12触点通过XCE接口串入机舱控制柜安全回路，机舱控制柜监视到急停按钮EP104动作立即采取相应安全保护措施。21/22触点串入液压变桨控制柜安全回路，当安全回路监视到21/22触点断开，则安全继电器KER动作，输出控制信号给功率继电器K107，断开电液控制装置伺服控制回路；同时输出控制信号给中间继电器K100A-K101C，中间继电器驱动电液控制装置急停回路，实现液压变桨系统紧急停机。
更进一步的，当安全回路中的出现控制器正常K102故障、程序正常K103故障或外部安全回路故障时，同样的，安全继电器KER动作，输出控制信号给功率继电器K107，断开电液控制装置伺服控制回路；同时输出控制信号给中间继电器K100A-K101C，中间继电器驱动电液控制装置急停回路，实现液压变桨系统紧急停机。
当液压变桨系统外部供电出现中断时，功率继电器K107失电，断开电液控制装置伺服控制回路；同时中间继电器K100A-K101C失电，驱动电液控制装置急停回路，液压变桨系统紧急停机，从而实现外部供电中断时液压变桨系统安全保护。
当环境温度突然降低或者柜内温控回路故障，导致变桨系统柜内温度低于最低启动温度T0，温控器BT3自动断开，控制器PLC收到BT3断开信号，输出控制信号实现紧急停机，同时，时间继电器K108延时断开功能触发，计时满30秒后断开控制器供电，从而避免控制器因运行于工作温度范围之外而受损，从而实现温度骤降或温控故障时的液压变桨系统安全保护。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种适用于液压变桨系统的安全保护装置，其特征在于：包括设置于液压变桨控制柜中的用于信号采集、逻辑运算、控制输出的嵌入式工业控制器，和设置于液压变桨控制柜安全回路中的：用于安全回路实时监视与控制的安全继电器、用于温度监视与保护的温控器与时间继电器、用于轮毂手动急停的急停按钮、用于控制信号中转的中间继电器、用于电液控制装置伺服控制回路控制的功率继电器。
2.根据权利要求1所述的适用于液压变桨系统的安全保护装置，其特征在于：嵌入式工业控制器采集来自安全继电器、温控器、急停按钮的信号，并根据控制算法进行相应运算，输出控制器正常、程序正常状态信号串入安全回路，并输出控制信号控制中间继电器，所述中间继电器驱动电液控制装置，使液压变桨系统正常变桨或紧急停机。
3.根据权利要求1所述的适用于液压变桨系统的安全保护装置，其特征在于：所述安全继电器监视液压变桨控制柜安全回路所有信号，包括手动急停、控制器正常、程序正常、外部安全回路正常信号，当其中任何一个信号断开，则安全回路断开，安全继电器动作并输出控制信号给中间继电器，中间继电器驱动电液控制装置急停回路，使液压变桨系统紧急停机。
4.根据权利要求1所述的适用于液压变桨系统的安全保护装置，其特征在于：设备上电时，当环境温度大于温控器设置的最低启动温度T0时，温控器闭合，时间继电器得电动作，控制器正常得电运行；设备运行过程中，若环境温度低于最低启动温度T0时，温控器自动断开，控制器输出控制信号实现液压变桨紧急停机，同时，触发时间继电器延时断开对控制器的供电。
5.根据权利要求1所述的适用于液压变桨系统的安全保护装置，其特征在于：所述急停按钮用于轮毂内手动急停，当按下急停按钮，急停按钮触发安全继电器，使液压变桨系统紧急停机，同时急停按钮通过接口对外输出急停信号，用于机舱控制柜安全控制。
6.根据权利要求1所述的适用于液压变桨系统的安全保护装置，其特征在于：中间继电器用于中转来自控制器或者安全继电器的控制信号，驱动电液控制装置，使液压变桨系统正常变桨或紧急停机。
7.根据权利要求1所述的适用于液压变桨系统的安全保护装置，其特征在于：所述功率继电器用于电液控制装置伺服控制回路闭合切断控制，安全保护装置正常运行时，功率继电器得电闭合，电液控制装置伺服控制回路闭合；安全回路断开，安全继电器动作时，功率继电器失电断开，电液控制装置伺服控制回路断开，电液控制装置急停回路投入工作。
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