CN103557116B - 一种硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置 - Google Patents

一种硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置 Download PDF

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Abstract

一种硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置。其主要由放置于机舱柜内的第一安全继电器和第二安全继电器构成。本发明采用了如下的技术方案：安全保护装置的输入、输出和复位完全依靠硬接线接入机舱柜的两个专门用于安全回路的安全继电器之中，使整个安全保护装置分为两个级别，其功能和控制回路完全与PLC控制系统独立出来，在PLC死机、通讯中断或无法正常运行的情况仍可以保障机组的安全，具有失效保护功能，其各输入接点和输出接点信号同时以独立的开关量数字信号方式输入给PLC，便于机组故障点的诊断，对PLC厂家和类型没有要求，通用性强，只增加了两个安全继电器，信号线缆和若干辅助触点，具有较高的成本优势。

Description

一种硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，特别是涉及一种硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置。
背景技术
风能已成为当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生洁净能源。风力发电机组是一套自动调节、无人值守的全自动化设备，但是由于其一般所处的环境比较恶劣，因此在运行过程中有可能出现超速，扭缆达到极限位置，振动过大，控制系统意外死机，电网功率极端异常等情况，这将时刻威胁着设备和人员的安全，所以对运行中的风力发电机组运行的安全保护至关重要。
现有风力发电机组的保护装置基本有以下两种结构形式，一种是在塔基和机舱内设置安全处理模块，其内部可以进行逻辑运算，进而通过对输入接点的运算和判断输出控制信号，这种结构一般是运用软件制作安全逻辑，可靠程度不如硬接线高，输入点没有根据信号的种类和重要程度进行可靠地分类和排序，重要接点一般没有进行冗余设计。另外，这种保护装置的结构大致有两种形式：1)安全处理模块无法完全独立于PLC控制器，甚至只是PLC的某些独立运算的模块，其电源和通讯仍然要依赖于PLC，这样在通讯链路失败的情况下，既失去控制系统保护，也失去保护装置保护，此种结构通用性较差，更换PLC就需要同时重新设计安全保护装置，成本也比较高；2)独立的PLC安全处理模块，但是这样的模块需要单独增加通讯环节，成本将会更高。
另一种结构形式是将各保护常闭接点的状态信息连接于主控PLC，并由主控PLC发出机组紧急停机指令，此种结构形式有如下几个问题：1)如果PLC意外死机，就不能保证其触发状态，安全系统将全部失控，使机组处于十分危险的状态；2)此种结构也有可靠性低的缺点，输入点也无法根据信号的种类和重要程度进行可靠地分类和排序，重要接点一般也没有进行冗余设计；3)此种设计不符合相关行业、国家标准，没有将安全系统与控制系统独立出来，如果PLC的相关模块出现任何故障，都将使安全系统失效。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置。
为了达到上述目的，本发明提供的硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置主要由放置于机舱柜内的第一安全继电器J1和第二安全继电器J2构成，其中：第一安全继电器J1的两个输入回路由塔基主控柜急停按钮S1、机舱主控柜急停按钮S2、变频器急停按钮S3的常闭接点以两路冗余的方式分别串接于第一安全继电器J1的两个输入端构成；第一安全继电器J1的两个复位输入端同时与手动复位按钮S4的常开接点和远端复位接点K11两端相连接，构成第一安全继电器J1的复位回路；第一安全继电器J1的两个主触点输入端分别与直流24V电源的正极+24VDC相连接；第一安全继电器J1的两个主触点输出端，一个与第二安全继电器J2的正电源输入端相连接，另一个为PLC反馈信号端X1，与PLC相连接；第一安全继电器J1的正电源输入端与直流24V电源的正极+24VDC相连接，负电源输入端与直流24V电源的负极0VDC相连接；
第二安全继电器J2的输入回路由常闭接点K1—K10按照风机实际运行状况排列串接于第二安全继电器J2的输入端所构成；第二安全继电器J2的复位输入端同时与手动复位按钮S6的常开接点和远端复位按钮K12两端相连接，构成第二安全继电器J2的复位回路；第二安全继电器J2的四个主触点输入端分别与直流24V电源的正极+24VDC相连接；第二安全继电器J2的四个主触点输出端分别为：紧急顺桨信号端X2、风电机组包括偏航电机等部分设备控制信号电源端X3、主轴抱闸信号端X4和PLC反馈信号端X5，其分别与相应的执行部件相连接；第二安全继电器J2的负电源输入端与直流24V电源的负极0VDC相连接。
所述的常闭接点K1—K10为功率超限报警接点K1，塔基柜PLC死机接点K2，主轴超速1接点K3，顺时针扭缆极限接点K4，逆时针扭揽极限接点K5，振动过大报警接点K6，变桨系统死机接点K7，机舱柜PLC死机接点K8，主轴超速2接点K9，PLC控制断开接点K10。
本发明采用了如下的技术方案：安全保护装置的输入、输出和复位完全依靠硬接线接入机舱柜的两个专门用于安全回路的安全继电器之中，使整个安全保护装置分为两个级别，其中第一安全继电器最高安全等级为4级，输入信号为相对比较重要的各系统急停按钮信号，这些信号同样重要，不需排序，第二安全继电器最高安全等级为2级，其他各保护信号按照风机实际运行状况排列串接于第二安全继电器的输入端，其功能和控制回路完全与PLC控制系统独立出来，在PLC死机、通讯中断或无法正常运行的情况仍可以保障机组的安全，具有失效保护功能，其各输入接点和输出接点信号同时以独立的开关量数字信号方式输入给PLC，便于机组故障点的诊断，对PLC厂家和类型没有要求，通用性强，只增加了两个安全继电器，信号线缆和若干辅助触点，具有较高的成本优势。
附图说明
图1为本发明提供的硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置的组成原理图。
图2为本发明提供的硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置的输入保护信号的排序图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置主要由放置于机舱柜内的第一安全继电器J1和第二安全继电器J2构成，其中：第一安全继电器J1的两个输入回路由塔基主控柜急停按钮S1、机舱主控柜急停按钮S2、变频器急停按钮S3的常闭接点以两路冗余的方式串接于第一安全继电器J1的两个输入端构成，防止由于急停按钮某个触点的故障而使急停按钮失效，这样本地的急停操作更加可靠，上述三个接点同样重要，不需排序，第一安全继电器J1最高安全等级为4级；
第一安全继电器J1的两个复位输入端同时与手动复位按钮S4的常开接点和远端复位接点K11两端相连接，构成第一安全继电器J1的复位回路；
第一安全继电器J1的两个主触点输入端分别与直流24V电源的正极+24VDC相连接；第一安全继电器J1的两个主触点输出端，一个与第二安全继电器J2的正电源输入端相连接，另一个为PLC反馈信号端X1，与PLC相连接；
第一安全继电器J1的正电源输入端与直流24V电源的正极+24VDC相连接，负电源输入端与直流24V电源的负极0VDC相连接。
第二安全继电器J2的输入回路由常闭接点K1—K10按照风机实际运行状况排列串接于第二安全继电器J2的输入端所构成，其排列原则考虑下列因素：
1.由于考虑到接点数量较多，有外来电源引入而引起误动作的可能，将相对重要的接点放在靠后的位置；
2.考虑可能由于一种原因致使多个接点同时断开，近似可能同时报警的接点拉开距离靠两端；
3.能导致其他接点动作的接点靠前。
如图1、图2所示，第二安全继电器J2的输入回路的接点排列顺序为：功率超限报警接点K1，塔基柜PLC死机接点K2，主轴超速1接点K3，顺时针扭缆极限接点K4，逆时针扭揽极限接点K5，振动过大报警接点K6，变桨系统死机接点K7，机舱柜PLC死机接点K8，主轴超速2接点K9，PLC控制断开接点K10，上述常闭接点依次串联后与第二安全继电器J2的两个输入端子相连接，构成输入控制回路；
第二安全继电器J2的复位输入端同时与手动复位按钮S6的常开接点和远端复位按钮K12两端相连接，构成第二安全继电器J2的复位回路；
第二安全继电器J2的四个主触点输入端分别与直流24V电源的正极+24VDC相连接；第二安全继电器J2的四个主触点输出端分别为：紧急顺桨信号端X2、风电机组包括偏航电机等部分设备控制信号电源端X3、主轴抱闸信号端X4和PLC反馈信号端X5，其分别与相应的执行部件相连接；
第二安全继电器J2的负电源输入端与直流24V电源的负极0VDC相连接。
所述的第二安全继电器J2的最高安全等级为2级。
图1中的A部分包括：塔基主控柜急停按钮S1、功率超限报警接点K1和塔基柜PLC死机接点K2，这部分设置在塔基主控柜内，其它部件即图1中的B部分，均设置在机舱主控柜中。
所述的第一安全继电器J1和第二安全继电器J2均设置有复位功能，安全保护装置报警会导致其输入回路断开，当报警消除，输入回路恢复闭合后，需要通过按动各自的手动复位按钮或远端复位按钮，使得复位回路闭合后，才会解除安全保护装置的报警；
所述的塔基主控柜中的各接点以信号电缆的方式连接入机舱主控柜内，信号线屏蔽层合理接地，两端接有信号防雷器。本装置具有失效保护功能，各急停按钮的常闭接点和其他机组安全报警接点同时以独立的开关量数字信号方式输入给PLC，便于机组故障点的诊断。
本发明提供的硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置，其设计符合相关行业和国家标准规定，独立于控制系统，对PLC没有要求，通用性强，成本较低，运用可靠的硬件结构作为保护机组正常运行的保障。

Claims (2)

1.一种硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置，其特征在于：所述的风力发电机组安全保护装置主要由放置于机舱柜内的第一安全继电器J1和第二安全继电器J2构成，其中：第一安全继电器J1的两个输入回路由塔基主控柜急停按钮S1、机舱主控柜急停按钮S2、变频器急停按钮S3的常闭接点以两路冗余的方式分别串接于第一安全继电器J1的两个输入端构成；第一安全继电器J1的两个复位输入端同时与手动复位按钮S4的常开接点和远端复位接点K11两端相连接，构成第一安全继电器J1的复位回路；第一安全继电器J1的两个主触点输入端分别与直流24V电源的正极+24VDC相连接；第一安全继电器J1的两个主触点输出端，一个与第二安全继电器J2的正电源输入端相连接，另一个为PLC反馈信号端X1，与PLC相连接；第一安全继电器J1的正电源输入端与直流24V电源的正极+24VDC相连接，负电源输入端与直流24V电源的负极0VDC相连接；第二安全继电器J2的输入回路由常闭接点K1—K10按照风机实际运行状况排列串接于第二安全继电器J2的输入端所构成；第二安全继电器J2的复位输入端同时与手动复位按钮S6的常开接点和远端复位按钮K12两端相连接，构成第二安全继电器J2的复位回路；第二安全继电器J2的四个主触点输入端分别与直流24V电源的正极+24VDC相连接；第二安全继电器J2的四个主触点输出端分别为：紧急顺桨信号端X2、风电机组包括偏航电机部分设备控制信号电源端X3、主轴抱闸信号端X4和PLC反馈信号端X5，其分别与相应的执行部件相连接；第二安全继电器J2的负电源输入端与直流24V电源的负极0VDC相连接。
2.根据权利要求1所述的硬接线搭建的风力发电机组安全保护装置，其特征在于：所述的常闭接点K1—K10为功率超限报警接点K1，塔基柜PLC死机接点K2，主轴超速1接点K3，顺时针扭缆极限接点K4，逆时针扭揽极限接点K5，振动过大报警接点K6，变桨系统死机接点K7，机舱柜PLC死机接点K8，主轴超速2接点K9，PLC控制断开接点K10。
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