CN111864808A - 风机plc跳箱变低压侧开关保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力发电设备技术领域，即一种风机PLC保护跳箱变低压侧开关装置。本发明提供一种风机PLC跳箱变低压侧开关保护装置，实现PLC脱断路器防燃设计改造。风机主控系统PLC设有箱变低压侧主断路器控制模块，该控制模块用于控制箱变低压侧主断路器的断开、闭合，且该控制模块设有断路器运行状态的反馈监测模块及功能；箱变低压侧主断路器控制模块的上述功能通过软件和硬件改造来实现。本发明所述主控系统增加箱变低压侧主断路器的断开、闭合控制以及断路器运行状态反馈监测，识别机组是否处于高危运行状态。PLC通过监测接触器的分断与闭合，来反馈箱变断路器的实际运行状态；从而实现闭环的安全控制。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域，即一种风机PLC保护跳箱变低压侧开关装置。
背景技术
现代风力发电的原理是利用风力带动风轮叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促进发电机发电。风力发电涉及能量流和信息流，能量流是将自然界风能转化为机械能、再将机械能转化为电能，信息流用于风机控制系统的过程控制和安全过程。风力机的主要组成包括：机械组成——风轮、机舱、塔架和基础等，功能构成——变桨系统、发电系统、主传动系统、偏航系统和控制系统等。
以600kW风力发电机组控制系统为例：
1. 总体介绍。自行研制成功了适合我国风电场实际情况，并可以商业化规模推广的600kW风电机组控制器和风电场集中与远程监控系统，获得了成功应用；
2. 总体功能描述。控制系统整体采用功能模块组合结构，满足风力机无人值守、自动运行的要求；运行数据与统计数值均可查看、修改；采用中文操作界面，并具有图形显示功能，控制操作方便灵活；
3. 功能分类
3.1 正常运行控制：分为自动控制和手动控制。自动控制（包括自动开/停机、自动对风、自动软并网、自动解缆、双速发电机自动切换、电容补偿自动投切、自动复位、温度自动控制、液压系统自动控制等），手动控制（包括手动开机、手动停机、手动偏航、手动复位等）；
3.2 运行状态监测功能：电力参数监测（电网三相电压、频率；发电机输出电流；有功功率和无功功率）、环境参数监测（风速、风向；环境温度）、机组各部件参数监测（液压系统状况；偏航系统状况；软并网及软启动环节工作状况；电机转速、叶轮转速；中央部件的温度监测）；
3.3 运行数据处理功能：运行数据保存与统计、峰值计算、自动生成生产报表、机组状态判断与保存、自动绘制风速－功率曲线、风速分布/趋势曲线；
3.4 故障处理与报警功能：故障实时检测、故障现场抓取、故障记录与统计、故障报警；
3.5 维护功能：在塔筒控制柜和机舱控制盒内设有两级维护开关。机舱内的维护开关享有绝对优先权。塔架内控制系统及中央监控系统的命令不能干扰或取消机舱内的命令信号；
3.6 运行参数设置功能：控制器配有授权参数设置功能，可通过键盘修改风电机组的各种极限值和参数；
3.7 风电场集中与远程监控系统：通过中央控制室的一台PC机，实现对多台风力机组的集群监视与控制。通过电话拨号或Internet等网络技术，实现对风电场的异地远程管理。
需要特别指出的是，600kW风力发电机组整个控制系统采用了集散分布式控制思想，提高了整个控制系统的性能。采用一主两从的控制结构，中心控制器以西门子S7-300PLC系列模块为控制核心，是主控制器，负责整个系统的控制与协调。软并网控制环节采用了89C51作为CPU，在主控制器的指令下工作，是从控制器。选择电量采集模块单独对电量数据进行处理，也是一个从CPU系统。主控制器通过与电量采集模块进行通信来获得电量数据。
发明内容
本发明的目的主要是，提供一种风机PLC跳箱变低压侧开关保护装置，实现PLC脱断路器防燃设计改造。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
风机PLC跳箱变低压侧开关保护装置，其特征在于：
风机主控系统PLC设有箱变低压侧主断路器控制模块，该控制模块用于控制箱变低压侧主断路器的断开、闭合，且该控制模块设有断路器运行状态的反馈监测模块及功能；
箱变低压侧主断路器控制模块的上述功能通过以下两个方式来实现：
1）风机主控系统PLC软件改造：增加模式识别功能，识别机组是否处于高危运行状态，控制箱变低压侧断路器的分断；
2）风机硬件改造：增加转接控制接线盒，实现断路器控制及监控信号的传输。
所述转接控制接线盒安装在风机塔筒爬梯平台位置。
所述风机主控系统PLC引出控制信号线连接至塔基控制箱的端子处。
所述转接控制接线盒设有控制接触器、转接端子，转接控制接线盒与塔基控制柜之间通过原有的塔基与箱变的控制电缆相连接；控制电缆通过电缆锁紧头进行紧固。
所述箱变低压侧主断路器控制模块的控制逻辑方法，其特征在于：
当风机出现并网接触器未正常断开，需要进行箱变低压断路器分断保护时，主控系统发出断开信号，通过控制接线箱内接触器K1，实现箱变断路器进行分闸控制，从而实现箱变低压断路器的断开；
当需要箱变断路器闭合时候，通过主控系统发出闭合信号，通过控制接线箱内接触器K2，实现给箱变断路器进行合闸控制，从而实现箱变低压断路器的闭合；
PLC通过监测接触器的分断与闭合，来反馈箱变断路器的实际运行状态，从而实现闭环的安全控制。
采用箱变低压侧主断路器控制模块的风机的控制逻辑方法，其特征在于：
1）并网：
风机满足风速条件并且开始收桨，当转速加到一定的转速，开始启动变频器，变频器自动启动网侧和机侧，并同步后并网，合上并网接触器；
2）脱网：
（1）变频器通知PLC它已经处在故障状态；变频器现行脱开并网接触器，然后再自行脱开网侧接触器；
（2）风机如果小风并网超过1分钟，或者转速过低，则脱网；
（3）变频器如果在发电时脱网，PLC则在脱网同时进入加速待风的状态；
（4）如果风太大，超过了切出风速，PLC则会主动通知变频器脱网，并在变频器正常脱网后，脱网；
（5）风机正常的故障，都会导致PLC向变频器发送停机脱网的命令。
所述采用箱变低压侧主断路器控制模块的风机的控制逻辑方法，其特征在于：
该风机控制逻辑方法设有以下控制逻辑或逻辑判断：
1）变频器脱开主接触器失败；
2）PLC脱开主接触器失败；
3）690V母线电流超过箱变整定值检测；
4）敏感部位温度检测；
5）风机燃烧模式识别。
本发明的有益效果是：主控系统增加箱变低压侧主断路器的断开、闭合控制以及断路器运行状态反馈监测，识别机组是否处于高危运行状态，控制箱变低压侧断路器的分断；增加转接控制接线盒实现断路器控制及监控信号的传输。风机主控系统控制柜内plc硬件引出点位不一致，后续外部施工的便利性差；先将塔基控制柜内进行改造，来实现外部接口的统一以及走线的规范、美观。另外，PLC通过监测接触器的分断与闭合，来反馈箱变断路器的实际运行状态；从而实现闭环的安全控制。
附图说明
附图如下：
图1 是背景技术中600kW风力发电机组控制系统功能示意图；
图2 是背景技术中600kW风力发电机组控制系统控制结构与原理示意图；
图3是风机箱变系统逻辑结构示意图；
图4是第一次改造的塔基柜TB100内改造原理图；
图5是第一次改造的塔基控制接线盒原理图；
图6是第一次改造的塔基控制接线箱与箱变接线原理图；
图7是第二次改造的塔基柜TB100内改造原理图；
图8是第二次改造的塔基控制接线盒原理图；
图9是第二次改造的塔基控制接线箱与箱变接线原理图；
图10是第三次改造的塔基柜TB100内改造原理图；
图11是第三次改造的塔基控制接线盒原理图；
图12是第三次改造的塔基控制接线箱与箱变接线原理图。
具体实施方式
上述技术方案采用包括但不限于以下实施例来实现。
PLC脱断路器防燃设计改造方案
一、改造目的。
主控系统增加箱变低压侧主断路器的断开、闭合控制以及断路器运行状态反馈监测；
改造主要分二部分：
主控软件改造：增加模式识别功能，识别机组是否处于高危运行状态，控制箱变低压侧断路器的分断；
硬件方面改造：增加转接控制接线盒实现断路器控制及监控信号的传输。
二、技术方案说明。
1、塔基柜改造说明。
高力板风场主控系统分为两种：ABB与巴赫曼。控制柜内plc硬件引出点位不一致，为了后续外部施工的便利性。先将塔基控制柜内进行改造，来实现外部接口的统一以及走线的规范、美观。
2、控制接线盒安装位置说明。
转接接线盒通过现场实际考察，将转接控制接线盒安装在
位于塔爬梯位置处。
3、主要元件设计及选型说明。
经过现场实际测量以及综合箱变图纸，控制箱变断路器闭合与分断电压为：220V与380V两种电压，为了保证技术改造的一致性。我们按照380v电压标准进行选型设计。故控制接触器选择穆勒E系列接触器（此系列元件尺寸最小），考虑断路器控制回路最大电流为5A，所以我们应用此系列中最小额定电流接触器即能满足要求（最小电流为7A）。另外，其他元件我们选型原则为方便接线及满足环境要求等原则进行选型设计。
4、方案布局说明。
4.1 从PLC引出控制信号线至塔基控制箱的端子处。
4.2 控制接触器、转接端子都安装在控制接线盒内部，控制接线盒与塔基控制柜之间通过原有的塔基与箱变控制电缆连接（需要进行截断处理）；控制电缆通过电缆锁紧头进行紧固。
5、控制逻辑说明。
5.1 改造硬件搭建回路说明。
当风机出现并网接触器未正常断开，需要进行箱变低压断路器分断保护时，主控系统发出断开信号，通过控制接线箱内接触器K1，实现箱变断路器进行分闸控制，从而实现箱变低压断路器的断开。而当需要箱变断路器闭合时候，通过主控系统发出闭合信号，通过控制接线箱内接触器K2，实现给箱变断路器进行合闸控制，从而实现箱变低压断路器的闭合（此命令需要实际确认风机无故障以后在进行闭合）。另外，PLC通过监测接触器的分断与闭合，来反馈箱变断路器的实际运行状态；从而实现闭环的安全控制。
5.2 整体风机控制逻辑对比说明。
5.2.1 风机原来的并网和脱网逻辑如下：
正常的风机并网脱网逻辑。
【1】并网：
风机满足风速条件并且开始收桨，当转速加到一定的转速，开始启动变频器，变频器自动启动网侧和机侧，并同步后并网，合上并网接触器。
【2】脱网：
（1）变频器通知PLC它已经在故障状态。—>变频器现行脱开并网接触器，然后再自己脱开网侧接触器；
（2）风机如果小风并网超过1分钟，或者转速过低，就脱网（小风策略）；
（3）变频器如果在发电时脱网，PLC就脱网同时进入加速待风的状态；
（4）如果风太大，超过了切出风速，PLC就会主动通知变频器脱网，并在变频器正常脱网后，脱网（原理同上）；
（5）风机正常的故障，都会使得PLC向变频器发送停机脱网的命令。
5.2.2 增加的逻辑简述：
变频器脱开主接触器失败；
PLC脱开主接触器失败；
690V母线电流超过箱变整定值检测；
敏感部位温度检测；
风机燃烧模式识别。
三、改造步骤。
1、安全注意事项。
1.1 经过实际验证，风机系统接地情况不好，地线、零线都有残留电压（已经超过安全电压）。为了保证现场施工的安全性。操作人员需要带手套进行作业。另外，需要将箱变的控制电路、主回路进行断电处理；
1.2 在施工操作过程中一定按照原理图进行接线作业，避免接错控制线；并且在未上电之前要进行未带电逻辑检测。在保证全部无误的情况下，才可以进行上电测试；
1.3 箱变在改造后，进行主控逻辑测试时，需要注意现场风速，如果超过8m/s，不允许进行测试。
2、参考应用工具清单。
改造工具清单型号及厂家为参考厂家，实际施工中可以进行更换，但需要保证更换工具参数、尺寸等信息与参考厂家相似。
表1 改造实施参考工具清单
3、改造操作步骤说明。
3.1 TBC100柜与控制箱线路安装与改造：
在塔基柜右下角新增接线端子和断路器状态监测线路中的接线端子。接线位置按照原理图实施。
3.2 控制接线箱与箱变断路器之间线路改造：
从箱变低压侧引40米长 (6×0.5) 屏蔽电缆至 TB101控制接线箱（箱变有预留电缆），接线位置按照原理图实施。
3.3 TBC100与TB101控制接线箱接线
从塔基控制柜TB100引5米（6×0.5）屏蔽电缆至TB101塔基控制接线箱处。然后接线位置按照原理图实施。
4、接线原理图。
如附图4-12所示。
四、测试验证。
测试验证方法如下：
（1）停止风机，使得风机在停机状态下，方可测试；
（2）进入虚拟箱变测试面板主界面，选择“箱变测试使能”,弹出密码对话框，输入密码，使能箱变测试（风机在停机状态下才能使能测试）；
（3）点击“箱变断路器分闸”，箱变断路器应该能够正常分断；
（4）点击“箱变测试关闭”，停止箱变测试。
五、技术改造BOM清单。
Claims (7)
1.风机PLC跳箱变低压侧开关保护装置，其特征在于：
风机主控系统PLC设有箱变低压侧主断路器控制模块，该控制模块用于控制箱变低压侧主断路器的断开、闭合，且该控制模块设有断路器运行状态的反馈监测模块及功能；
箱变低压侧主断路器控制模块的上述功能通过以下两个方式来实现：
1）风机主控系统PLC软件改造：增加模式识别功能，识别机组是否处于高危运行状态，控制箱变低压侧断路器的分断；
2）风机硬件改造：增加转接控制接线盒，实现断路器控制及监控信号的传输。
2.根据权利要求1所述的风机PLC跳箱变低压侧开关保护装置，其特征在于：
所述转接控制接线盒安装在风机塔筒爬梯平台位置。
3.根据权利要求2所述的风机PLC跳箱变低压侧开关保护装置，其特征在于：
所述风机主控系统PLC引出控制信号线连接至塔基控制箱的端子处。
4.根据权利要求1或2或3所述的风机PLC跳箱变低压侧开关保护装置，其特征在于：
所述转接控制接线盒设有控制接触器、转接端子，转接控制接线盒与塔基控制柜之间通过原有的塔基与箱变的控制电缆相连接；控制电缆通过电缆锁紧头进行紧固。
5.采用如权利要求4所述的风机PLC跳箱变低压侧开关保护装置的控制逻辑方法，其特征在于：
当风机出现并网接触器未正常断开，需要进行箱变低压断路器分断保护时，主控系统发出断开信号，通过控制接线箱内接触器K1，实现箱变断路器进行分闸控制，从而实现箱变低压断路器的断开；
当需要箱变断路器闭合时候，通过主控系统发出闭合信号，通过控制接线箱内接触器K2，实现给箱变断路器进行合闸控制，从而实现箱变低压断路器的闭合；
PLC通过监测接触器的分断与闭合，来反馈箱变断路器的实际运行状态，从而实现闭环的安全控制。
6.采用如权利要求4所述箱变低压侧主断路器控制模块的风机的控制逻辑方法，其特征在于：
1）并网：
风机满足风速条件并且开始收桨，当转速加到一定的转速，开始启动变频器，变频器自动启动网侧和机侧，并同步后并网，合上并网接触器；
2）脱网：
（1）变频器通知PLC它已经处在故障状态；变频器现行脱开并网接触器，然后再自行脱开网侧接触器；
（2）风机如果小风并网超过1分钟，或者转速过低，则脱网；
（3）变频器如果在发电时脱网，PLC则在脱网同时进入加速待风的状态；
（4）如果风太大，超过了切出风速，PLC则会主动通知变频器脱网，并在变频器正常脱网后，脱网；
（5）风机正常的故障，都会导致PLC向变频器发送停机脱网的命令。
7.根据权利要求6所述箱变低压侧主断路器控制模块的风机的控制逻辑方法，其特征在于：
该风机控制逻辑方法设有以下控制逻辑或逻辑判断：
1）变频器脱开主接触器失败；
2）PLC脱开主接触器失败；
3）690V母线电流超过箱变整定值检测；
4）敏感部位温度检测；
5）风机燃烧模式识别。
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| CN114566946A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-05-31 | 北京汇智天华新能源科技有限公司 | 风力发电机组并网接触器故障处理方法及设备 |
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2020
- 2020-06-10 CN CN202010523086.1A patent/CN111864808A/zh active Pending
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| CN114566946B (zh) * | 2022-04-18 | 2024-02-06 | 北京汇智天华新能源科技有限公司 | 风力发电机组并网接触器故障处理方法及设备 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20201030 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |