CN108799015A - 一种风电机组超速保护回路校验装置及校验方法 - Google Patents

一种风电机组超速保护回路校验装置及校验方法 Download PDF

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Abstract

一种风电机组超速保护回路校验装置及校验方法，属于风力发电机组安全保护技术领域，其特征在于：包括依次连接的控制装置、动力装置和校验台；所述动力装置包括电源、变频器、旋转电机和传动轴；变频器与旋转电机相连接；校验台包括转速模拟装置和固定平台；转速模拟装置与传动轴相连接；控制装置包括依次连接的控制面板和控制单元。通过校验台固定超速传感器，通过控制装置设置模拟转速，动力装置经传动轴传递至转速模拟装置模拟风电机组转速输入，对风电机组超速保护回路进行完整的有效性验证，保证机组安全运行可以有效校验风电机组超速保护回路是否正常，保证风电机组超速保护系统的可靠性，从而提高风电机组运行的安全性。

Description

一种风电机组超速保护回路校验装置及校验方法
技术领域
本发明属于风力发电机组安全保护技术领域，尤其涉及一种风电机组超速保护回路校验装置及其校验方法。
背景技术
超速保护作为风电机组安全链回路的重要节点，其主要作用是当叶轮或发电机转速超过限定值时，立即触发保护动作，实现风电机组的安全停机。超速保护能够有效防止风电机组发生超速甚至飞车等严重事故，避免出现振动过大、叶片折断、塔筒倾倒等安全问题。超速保护采用失效-安全原则，能够在控制系统失效等情况下实现保护正确动作，是风电机组安全运行的最后保护屏障之一。因此，超速保护回路的定期校验，对于风电机组的安全至关重要。
目前风电场可采取的超速保护校验方法主要有三种：一是减小超速继电器保护定值，使风机在安全转速范围内触发超速保护，从而校验保护的有效性；二是在超速保护回路的逻辑判断输入端口施加触发信号，检测保护是否动作；三是控制风机运行至实际超速工况，从而触发保护动作验证其有效性。方法一只适用于超速继电器参数可设定的风电机组，且未校验实际工况；方法二只校验了逻辑回路，转速测量回路未校验；而方法三则存在巨大的安全风险。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种安全、可靠、有效的风电机组超速保护回路校验装置。
本发明所述的风电机组超速保护回路校验装置，包括依次连接的控制装置、动力装置和校验台；所述动力装置包括电源、变频器、旋转电机和传动轴；所述电源、旋转电机和传动轴依次连接；所述变频器与旋转电机相连接；所述校验台包括转速模拟装置和固定平台；所述转速模拟装置与前述传动轴相连接；所述控制装置包括依次连接的控制面板和控制单元；所述控制单元与前述变频器相连接。
本发明所述的风电机组超速保护回路校验装置，所述转速模拟装置为花盘；所述花盘的边缘设置有圆孔或花齿。
本发明所述的风电机组超速保护回路校验装置，所述固定平台包括传感器支架和固定座；所述传感器支架固定设置于固定座的一侧；所述传感器支架上设置一高度调节固定夹；所述高度固定夹内设置有高度调节杆；所述高度调节杆的上端设置有传感器固定夹。传感器固定平台用于将传感器安装固定在合适位置，通过花盘旋转来施加转速信号，检测超速保护回路的有效性。
本发明所述的风电机组超速保护回路校验装置，所述控制面板上设置有电源开关、数字显示屏、状态指示灯、调速旋钮、运行键、停止键、增大键和减小键；所述电源开关、数字显示屏、状态指示灯、调速旋钮、运行键、停止键、增大键和减小键均与控制单元相电连接。
本发明所述的风电机组超速保护回路校验装置，所述转速模拟装置包含若干不同直径、不同孔数或齿数的花盘，以适应不同的测试条件。
根据本发明所述风电机组超速保护回路校验装置的校验方法，通过控制装置输出风电机组的转速控制信号给动力装置；动力装置提供相对应的转速通过传动轴传输至校验平台的转速模拟装置；待检测的超速传感器固定于固定平台上，通过检测转速模拟装置的转速对校验风电机组超速保护回路进行校验。
本发明所述的风电机组超速保护回路校验方法，包括如下步骤：
1)在风机处于安全停机状态下，将超速传感器从风机的安装位置取下，同时保证超速传感器与保护回路连接正常；
2)将超速传感器安装于校验台，通过高度调节杆调整高度，选择合适位置，保证超速传感器的中心位于花盘圆孔或花齿处，同时调整与花盘的距离，保证在超速传感器有效检测距离范围内，然后通过传感器固定夹固定；
3)接通电源，启动校验装置；设触发保护动作的电机转速为na；设花盘圆孔或花齿数量为Na；设风电机组的超速保护定值ns；设现场风电机组上安装的超速传感器脉冲花盘的圆孔数量或齿数为Ns；
4)首先通过控制装置将转速设定在小于na的数值，启动电机运行，观察风电机组超速保护是否动作；然后逐渐增大转速值至na，观察超速保护是否动作；若不动作，继续增大电机转速至大于na，观察保护动作情况，若仍未动作，则停止测试；
记录保护动作时电机转速n′a，计算超速保护实际动作值n′s＝n′a·Na/Ns；若n′s＝ns，则超速保护回路运行正常；若n′s≠ns，则保护回路存在故障；
本发明所述的风电机组超速保护回路校验方法，所述触发保护动作的电机转速na的计算步骤为：查询确定风电机组的超速保护定值ns；现场检查确定风电机组上安装的超速传感器脉冲花盘的圆孔数或齿数Ns；计算超速保护触发脉冲数N＝ns×Ns；根据校验装置电机的转速范围n0～n1，计算校验台花盘的圆孔数或齿数范围N0～N1，其中，N0＝N/n1，N1＝N/n0；选择圆孔数或齿数在N0～N1内的花盘作为转速模拟装置，花盘圆孔数或齿数为Na；计算触发保护动作的电机转速na＝N/Na。
本发明所述风电机组超速保护回路校验装置及校验方法，通过校验台固定超速传感器，通过控制装置设置模拟转速，动力装置经传动轴传递至转速模拟装置模拟风电机组转速输入，对风电机组超速保护回路进行完整的有效性验证，保证机组安全运行可以有效校验风电机组超速保护回路是否正常，保证风电机组超速保护系统的可靠性，从而大大提高了风电机组运行的安全性。
附图说明
图1为本发明所述风电机组超速保护回路校验装置的结构框图；
图2为本发明所述风电机组超速保护回路校验装置的电气机械结构原理图；
图3为本发明所述控制面板示意图；
图4为本发明所述校验台结构图；
其中1-动力装置、2-校验台、3-控制装置、4-保护回路、5-电源、6-旋转电机、7-传动轴、8-转速模拟装置、9-超速传感器、10-传感器固定平台、11-变频器、12-控制单元、13-控制面板、14-电源开关、15-数字显示屏、16-状态指示灯、17-调速旋钮、18-运行键、19-停止键、20-增大键、21-减小键、22-传感器支架固定座、23-传感器固定夹、24-高度调节杆、25-高度调节固定夹、26-传感器支架。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明所述风电机组超速保护回路4校验装置及校验方法进行详细说明。
本发明所述的风电机组超速保护回路4校验装置，如图1、图2所示包括依次连接的控制装置3、动力装置1和校验台2；所述动力装置1包括电源5、变频器11、旋转电机6和传动轴7；所述电源5、旋转电机6和传动轴7依次连接；所述变频器11与旋转电机6相连接；所述校验台2包括转速模拟装置8和固定平台；所述转速模拟装置8与前述传动轴7相连接；所述控制装置3包括依次连接的控制面板13和控制单元12；所述控制单元12与前述变频器11相连接。所述转速模拟装置8为花盘；所述花盘的边缘设置有圆孔。动力装置1，用于为校验台2的转速模拟装置8提供旋转动力；校验台2用于模拟风电机组实际转速，为超速传感器9提供输入信号；控制装置3用于实现校验装置的控制功能。
本发明所述的风电机组超速保护回路4校验装置的固定平台，如图4所示，所述固定平台包括传感器支架26和固定座；所述传感器支架26固定设置于固定座的一侧；所述传感器支架26上设置一高度调节固定夹25；所述高度固定夹内设置有高度调节杆24；所述高度调节杆24的上端设置有传感器固定夹23。
传感器固定平台10用于将传感器安装固定在合适位置，通过转速模拟装置8旋转来施加转速信号，检测超速保护回路4的有效性；传感器固定平台10由传感器支架固定座22、传感器固定夹23、高度调节杆24、高度调节固定夹25、传感器支架26组成；通过调节传感器固定夹23，可调节传感器与转速模拟装置8之间的距离，以适应不同传感器的检测距离；通过调节高度调节杆24和高度调节固定夹25的相对位置，可调节传感器的高度位置，以适应不同直径的转速模拟装置8。
本实施方式中，旋转电机6采用三相感应式异步电动机，输入端与变频器11连接，能够实现宽范围、无级平滑的转速调节，可满足不同型号风电机组的超速保护回路4校验要求；输出端通过传动轴7与转速模拟装置8连接。
变频器11用于实现电源5的“交-直-交”变换，输入端与交流电源5连接，输出端与旋转电机6定子绕组连接；变频器11输入电源5采用220V/50Hz单相交流电，输出380V/50Hz三相交流电；变频器11的控制信号由控制装置3给定，通过操作控制面板13，实现旋转电机6的启动、停止、调速等功能。
控制装置3与变频器11连接，电源5由变频器11供给；控制装置3包括控制单元12和控制面板13，集成为一个整体，控制单元12用于指令的下发、数据的存储和上传，控制面板13作为人机操作界面用于指令输入和参数显示。如图3所示，所述控制面板13上设置有电源开关14、数字显示屏15、状态指示灯16、调速旋钮17、运行键18、停止键19、增大键20和减小键21；所述电源开关14、数字显示屏15、状态指示灯16、调速旋钮17、运行键18、停止键19、增大键20和减小键21均与控制单元12相电连接。
采用如上述的超速保护回路4校验装置进行校验，进行校验的具体步骤如下：
计算测试参数。查询确定风电机组的超速保护定值ns；现场检查确定风电机组上安装的超速传感器9脉冲花盘的圆孔数量或齿数Ns；计算超速保护触发脉冲数N＝ns×Ns；根据校验装置电机的转速范围n0～n1，计算校验台2花盘的孔数范围N0～N1，其中，N0＝N/n1，N1＝N/n0；选择圆孔数量在N0～N1内的花盘作为转速模拟装置8，花盘圆孔数量为Na；计算触发保护动作的电机转速na＝N/Na。
风机处于安全停机状态下，将超速传感器9从安装位置取下，同时保证超速传感器9与保护回路4连接正常。
将超速传感器9安装在校验台2，通过调节高度调节杆24和高度调节固定夹25来调整超速传感器9的高度位置，保证超速传感器9中心与转速模拟装置8圆孔中心平齐，同时通过调节传感器固定夹23来调整超速传感器9与转速模拟装置8的水平距离，保证其在超速传感器9的有效检测距离范围内，调整完成后固定超速传感器9。
超速保护动作校验。连接电源5，开启电源开关14，首先旋转调节按钮，观察显示屏，将转速调节至50％na，按下启动键，启动旋转电机6运行，查看风电机组HMI界面安全链故障报警记录，观察风电机组超速保护是否动作；若未动作，按下增大键20，每增大10％na，观察超速保护是否动作，直至增大至na；调节转速至na，若超速保护仍未动作，继续按增大键20缓慢增大转速至115％na，若保护仍未动作，则停止测试。
记录保护动作时电机转速n′a，计算超速保护实际动作值n′s＝n′a·Na/Ns，判断超速保护回路4是否正常。若n′s＝ns，则超速保护回路4运行正常；若n′s≠ns，则保护回路4存在故障。最后关断校验装置电源5，将超速传感器9装回原来位置，恢复现场。
本发明通过以上方法可以有效校验风电机组超速保护回路4是否正常，保证风电机组超速保护系统的可靠性，从而大大提高了风电机组运行的安全性。

Claims (8)

1.一种风电机组超速保护回路校验装置，其特征在于：包括依次连接的控制装置(3)、动力装置(1)和校验台(2)；所述动力装置(1)包括电源(5)、变频器(11)、旋转电机(6)和传动轴(7)；所述电源(5)、旋转电机(6)和传动轴(7)依次连接；所述变频器(11)与旋转电机(6)相连接；所述校验台(2)包括转速模拟装置(8)和固定平台；所述转速模拟装置(8)与前述传动轴(7)相连接；所述控制装置(3)包括依次连接的控制面板(13)和控制单元(12)；所述控制单元(12)与前述变频器(11)相连接。
2.根据权利要求1所述的风电机组超速保护回路校验装置，其特征在于：所述转速模拟装置(8)为花盘；所述花盘的边缘设置有圆孔或花齿。
3.根据权利要求2所述的风电机组超速保护回路校验装置，其特征在于：所述固定平台包括传感器支架(26)和固定座；所述传感器支架(26)固定设置于固定座的一侧；所述传感器支架(26)上设置一高度调节固定夹(25)；所述高度固定夹内设置有高度调节杆(24)；所述高度调节杆(24)的上端设置有传感器固定夹(23)。
4.根据权利要求3所述的风电机组超速保护回路校验装置，其特征在于：所述控制面板(13)上设置有电源开关(14)、数字显示屏、状态指示灯(16)、调速旋钮(17)、运行键(18)、停止键(19)、增大键(20)和减小键(21)；所述电源开关(14)、数字显示屏、状态指示灯(16)、调速旋钮(17)、运行键(18)、停止键(19)、增大键(20)和减小键(21)均与控制单元(12)相电连接。
5.根据权利要求2或4所述的风电机组超速保护回路校验装置，其特征在于：所述转速模拟装置(8)包含若干不同直径、不同孔数或齿数的花盘。
6.一种根据权利要求5所述风电机组超速保护回路校验装置的校验方法，其特征在于：通过控制装置(3)输出风电机组的转速控制信号给动力装置(1)；动力装置(1)提供相对应的转速通过传动轴(7)传输至校验平台的转速模拟装置(8)；待检测的超速传感器(9)固定于固定平台上，通过检测转速模拟装置(8)的转速对校验风电机组超速保护回路进行校验。
7.根据权利要求6所述的风电机组超速保护回路校验方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在风机处于安全停机状态下，将超速传感器(9)从风机的安装位置取下，同时保证超速传感器(9)与保护回路(4)连接正常；
2)将超速传感器(9)安装于校验台(2)，通过高度调节杆(24)调整高度，选择合适位置，保证超速传感器(9)的中心位于花盘圆孔或花齿处，同时调整与花盘的距离，保证在超速传感器(9)有效检测距离范围内，然后通过传感器固定夹(23)固定；
3)接通电源(5)，启动校验装置；设触发保护动作的电机转速为na；设花盘圆孔或花齿数量为Na；设风电机组的超速保护定值ns；设现场风电机组上安装的超速传感器(9)脉冲花盘的圆孔数量或齿数为Ns；
4)首先通过控制装置(3)将转速设定在小于na的数值，启动电机运行，观察风电机组超速保护是否动作；然后逐渐增大转速值至na，观察超速保护是否动作；若不动作，继续增大电机转速至大于na，观察保护动作情况，若仍未动作，则停止测试；
记录保护动作时电机转速n′a，计算超速保护实际动作值n′s＝n′a·Na/Ns；若n′s＝ns，则超速保护回路(4)运行正常；若n′s≠ns，则保护回路(4)存在故障。
8.根据权利要求7所述的风电机组超速保护回路校验方法，其特征在于：所述触发保护动作的电机转速na的计算步骤为：查询确定风电机组的超速保护定值ns；现场检查确定风电机组上安装的超速传感器(9)脉冲花盘的圆孔数或齿数Ns；计算超速保护触发脉冲数N＝ns×Ns；根据校验装置电机的转速范围n0～n1，计算校验台(2)花盘的圆孔数或齿数范围N0～N1，其中，N0＝N/n1，N1＝N/n0；选择圆孔数或齿数在N0～N1内的花盘作为转速模拟装置(8)，花盘圆孔数或齿数为Na；计算触发保护动作的电机转速na＝N/Na。
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