CN112922777A - 一种风电机组超速手/自动应急偏航方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电机组超速手/自动应急偏航方法，属于风电机组偏航设计领域，增加一套完全独立于机组主控和安全链的带远程控制功能的安全保护系统，实现机组超速情况下手/自动应急偏航90度功能。满足触发条件的风电机组可自动进入应急偏航模式，自动偏航90度后退出应急偏航模式。本发明可以实现风电机组在超速“安全链”断开情况下自动启动偏航系统，使风电机组“侧风”保护，避免风电机组出现“飞车”事故，具有广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电机组超速手/自动应急偏航方法，属于风电机组偏航设计领域。
背景技术
风能发电作为除水力发电之外技术最成熟的一种可再生能源发电，其装机容量占整个可再生能源发电装机总容量的绝大部分。
在全球能源结构调整的背景下，国内风电机组装机量持续增长，且新增机型均为变桨矩机型。随着运行时间的增加，变桨系统出现故障的概率越来越高，一旦遇到风电机组变桨系统因各种原因导致桨叶无法收回时，易引起风电机组飞车倒塔事故的发生。
为了使风电机组叶轮正常工作时保持正对来风的方向，以充分利用风能，风电机组都具有偏航系统。该系统通过调整风机叶轮朝向，及时跟踪风向的变化，最大限度地捕获风能。偏航系统可以调整风电机组叶轮与风向的夹角，夹角增大时，风电机组叶轮吸收的风能减小，当夹角达到90度时，风电机组叶轮吸收的风能无法驱动传动链转动。目前大多数风电机组在“安全链”断开情况下不能启动偏航系统，出现应急情况时无法依靠偏航系统动作使风电机组“侧风”保护，避免风电机组飞车。
偏航电机启动方式：
（1）直接启动方案，接触器直接与偏航电机相连，控制器通过控制接触器线圈的吸合实现偏航的启停控制。
（2）通过软启器启动偏航电机，为限制偏航电机启动电流和冲击负载，设置偏航电机软启动器，通过逐步增加电压实现缓慢启动偏航电机的效果。
（3）通过变频器实现偏航，变频器实现一拖多的方式启动机组偏航。
偏航刹车方式：
（1）通过偏航电机电磁制动器进行偏航刹车。
（2）通过液压偏航制动卡钳的夹持进行偏航刹车。
近年来国内外发生多起风电机组因超速而导致飞车倒塔事故，事故风机若具备超速手/自动偏航功能，则有很大机会可以避免事故的发生。因此，增加风电机组超速后自动偏航侧风和塔基手动强制偏航功能，作为风电机组防止飞车倒塔的最后一道防线，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种风电机组超速手/自动应急偏航方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种风电机组超速手/自动应急偏航方法，增加一套完全独立于机组主控和安全链的带远程控制功能的安全保护系统，实现机组超速情况下手/自动应急偏航90度功能。
满足触发条件的风电机组可自动进入应急偏航模式，自动偏航90度后退出应急偏航模式。
启动条件：
（1）持续超速时间超过t1；
根据不同机型调整时间t1；
（2）安全链断开但叶轮转速不下降（120s后叶轮转速大于2r/min）。
停止条件：
（1）机舱方向与主风向夹角达到90度；
（2）偏航运行时间达到t2（90度/偏航速率），根据不同机型确定时间t2；
（3）叶轮转速下降到预设值。
实现功能：
（1）超速信号采用主机超速开关外扩继电器接入独立偏航PLC；
（2）在风电场中控室实现远程应急偏航的监控。
风电机组超速手/自动应急偏航方法具体如下：
应急自动偏航叶轮转速信号：优先采用在叶轮法兰盘处安装叶轮转速监测装置（接近开关+可编程转速监控器或其他转速监测），也可考虑将原有转速脉冲信号并联接入独立偏航PLC高速计数器端子或将原有转速4-20mA信号经信号分配器分路后接入独立偏航PLC模拟量输入端口。
应急自动偏航启动条件：应急自动偏航PLC接收来自于风电机组转速一信号和来自可编程转速监控器的风电机组转速二信号，通过转速一和转速二作比较（判断是否因干扰造成信号失真），根据预设的自动偏航启动条件启动偏航系统。
判断应急自动偏航方向：采用信号分配器和中间继电器反馈机组风向信号给应急自动偏航PLC，根据错风方向判定偏航方向。
应急偏航：通过应急自动偏航PLC，打开偏航电机刹车和半释放液压偏航刹车压力后，根据偏航电机不同启动方式将应急偏航信号并接到主控启动偏航启动接点处。
塔底增加应急手动偏航动作按钮及连接到机舱的控制电缆，可直接控制机舱手动偏航。
应急自动偏航停止条件：使用信号分配器和中间继电器反馈机组叶轮转速与风向信号给应急自动偏航PLC，满足停止条件时停止偏航。
可在风电场升压站上位机增加远程控制应急偏航指令，增加关于应急自动偏航相关辅助功能（如应急自动偏航启动提示、应急自动偏航角度、应急自动偏航系统自检等）。
独立自动偏航PLC启动偏航接点与主控输出偏航命令接点并联用来启动风电机组偏航电机；将独立自动偏航PLC超速信号并联接入主控PLC超速端子。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
本发明可以实现风电机组在超速“安全链”断开情况下自动启动偏航系统，使风电机组“侧风”保护，避免风电机组出现“飞车”事故，具有广泛的适用性。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1至图2，本实施例中，一种风电机组超速手/自动应急偏航方法，增加一套完全独立于机组主控和安全链的带远程控制功能的安全保护系统，实现机组超速情况下手/自动应急偏航90度功能。
满足触发条件的风电机组可自动进入应急偏航模式，自动偏航90度后退出应急偏航模式。
启动条件：
（1）持续超速时间超过t1；
表
启动时间参考表
| 触发条件 | 软件超速1，r/min | 软件超速2，r/min | 硬件超速，r/min |
| 参考时间 | 7s | 5s | 3s |
根据不同机型调整时间t1；
（2）安全链断开但叶轮转速不下降（120s后叶轮转速大于2r/min）。
停止条件：
（1）机舱方向与主风向夹角达到90度；
（2）偏航运行时间达到t2（90度/偏航速率），根据不同机型确定时间t2；
（3）叶轮转速下降到预设值。
实现功能：
（1）超速信号采用主机超速开关外扩继电器接入独立偏航PLC；
（2）在风电场中控室实现远程应急偏航的监控。
风电机组超速手/自动应急偏航方法具体如下：
应急自动偏航叶轮转速信号：优先采用在叶轮法兰盘处安装叶轮转速监测装置（接近开关+可编程转速监控器或其他转速监测），也可考虑将原有转速脉冲信号并联接入独立偏航PLC高速计数器端子或将原有转速4-20mA信号经信号分配器分路后接入独立偏航PLC模拟量输入端口。
应急自动偏航启动条件：应急自动偏航PLC接收来自于风电机组转速一信号和来自可编程转速监控器的风电机组转速二信号，通过转速一和转速二作比较（判断是否因干扰造成信号失真），根据预设的自动偏航启动条件启动偏航系统。
判断应急自动偏航方向：采用信号分配器和中间继电器反馈机组风向信号给应急自动偏航PLC，根据错风方向判定偏航方向。
应急偏航：通过应急自动偏航PLC，打开偏航电机刹车和半释放液压偏航刹车压力后，根据偏航电机不同启动方式将应急偏航信号并接到主控启动偏航启动接点处。
塔底增加应急手动偏航动作按钮及连接到机舱的控制电缆，可直接控制机舱手动偏航。
应急自动偏航停止条件：使用信号分配器和中间继电器反馈机组叶轮转速与风向信号给应急自动偏航PLC，满足停止条件时停止偏航。
可在风电场升压站上位机增加远程控制应急偏航指令，增加关于应急自动偏航相关辅助功能（如应急自动偏航启动提示、应急自动偏航角度、应急自动偏航系统自检等）。
独立自动偏航PLC启动偏航接点与主控输出偏航命令接点并联用来启动风电机组偏航电机；将独立自动偏航PLC超速信号并联接入主控PLC超速端子。
风电机组超速手自动应急偏航系统物料表
| 编号 | 名称 | 型号 | 单位 | 数量 | 备注 |
| 1 | PLC模块 | 独立小型 | 1 | 套 | 含I/O、电源模块及安装连接配件 |
| 2 | 可编程超速监控器 | TURCK IM21-14-CDTRi(NO.7505650) | 1 | 个 | 可选 |
| 3 | 叶轮转速检测 | 电感式接近开关 BI15-EM30-AP45XLD-H1141 及安装连接配件 | 1 | 套 | 可选 |
| 4 | 安全继电器 | PSR-SCP-24UC/ESA4/3X1/1X2/B | 1 | 个 | |
| 5 | 时间继电器 | ETR4-70-A(031888) | 1 | 个 | |
| 6 | 继电器模块 | RIF-2-RPT-LDP-24DC/4×21PXC.2903308 | 11 | 个 | |
| 7 | 继电器 | PLC-RPT-24DC/21-21 PXC.2900330 | 6 | 个 | |
| 8 | 接触器 | DILM32-01C(RDC24) (115025) | 1 | 个 | |
| 9 | 按钮触点模块 | M22-CK10(216384) | 2 | 个 | |
| 10 | 按钮标志牌架 | M22S-ST-X（216392） | 1 | 个 | |
| 11 | 插入式标牌 | M22-XST（216482）：远程手动偏航 | 1 | 个 | |
| 12 | 辅助触点模块 | M22-KC10 | 1 | 个 | |
| 13 | 急停按钮头 | M22-PV(216876) | 1 | 个 | |
| 14 | 封堵元件 | M22S-B | 1 | 个 | |
| 15 | 表面安装盒 | M22-I2 | 1 | 个 | |
| 16 | 尼龙电缆防水接头 | M20X1.5(3000.020.001) | 1 | 个 | |
| 17 | 保护罩 | M22-XGPV（231273） | 1 | 个 | |
| 18 | 警示牌 | 内容“手动应急偏航，无命令禁止操作” | 1 | 个 | |
| 19 | 接地端子 | ST 4-PE PXC.3031380 | 1 | 个 | |
| 20 | 接地端子 | PTTB 2.5-PE PXC.3210596 | 2 | 个 | |
| 21 | 终端固定件 | E/UK | 12 | 个 | |
| 22 | 桥接件 | FBS 5-6 PXC.3030349 | 1 | 个 | |
| 23 | 桥接件 | FBS 2-5PXC.3030161 | 2 | 个 | |
| 24 | 桥接件 | FBS 3-5 PXC.3030174 | 6 | 个 | |
| 25 | 组合式直通端子 | ST 4 BU PXC.3031377 | 5 | 个 | |
| 26 | 组合式直通端子 | PTTB 2.5 PXC.3210567 | 23 | 个 | |
| 27 | 端板 | D-ST 4 PXC.3030420 | 1 | 个 | |
| 28 | 端板 | D-PTTB 2.5 PXC.3211634 | 4 | 个 | |
| 29 | 电线电缆 | 10×1.0(扭转、屏蔽、耐低温) | 110 | 米 | |
| 30 | 管形线鼻 | 管形1.0mm<sup>2</sup> PXC.3200904 | 300 | 个 | |
| 31 | 管形线鼻 | 管形2×1.0mm<sup>2</sup> PXC.3200988 | 300 | 个 | |
| 32 | 管形线鼻 | 管形1.5mm<sup>2</sup> PXC.3200917 | 50 | 个 | |
| 33 | 管形线鼻 | 管形6.0mm<sup>2</sup> PXC.3200108 | 8 | 个 | |
| 34 | 管形线鼻 | 管形2×6.0mm<sup>2</sup> PXC.3201013 | 8 | 个 | |
| 35 | 电线 | BVR 0.75mm<sup>2</sup>(蓝色,450V/750V) | 300 | 米 | |
| 36 | 电线 | BVR 6.0mm<sup>2</sup>（黑色,450V/750V） | 4 | 米 | |
| 37 | 电线 | BVR 1. 5mm<sup>2</sup>(黑色,450V/750V) | 50 | 米 | |
| 38 | 端子条标记夹 | KLM-A+ES/KLM 2-GB | 5 | 个 | |
| 39 | 快速标记条 | UCT-TM 6 | 6 | 个 | |
| 40 | 快速标记条 | UCT-TMF 5 | 110 | 个 | |
| 41 | 号码管 | 1.0mm<sup>2</sup> | 1 | 卷 | 按需领取 |
| 42 | 号码管 | 1.5mm<sup>2</sup> | 1 | 卷 | 按需领取 |
| 43 | 号码管 | 6.0mm<sup>2</sup> | 1 | 米 | |
| 44 | 风向检测 | 机械式风向标及安装连接配件 | 1 | 套 | 可选 |
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种风电机组超速手/自动应急偏航方法，其特征是，增加一套完全独立于机组主控和安全链的带远程控制功能的安全保护系统，实现机组超速情况下手/自动应急偏航90度功能；满足触发条件的风电机组自动进入应急偏航模式，自动偏航90度后退出应急偏航模式；
所述安全保护系统的启动条件包括：
（1）持续超速时间超过t1；
（2）安全链断开但叶轮转速不下降，120s后叶轮转速大于2r/min；
所述安全保护系统的停止条件包括：
（1）机舱方向与主风向夹角达到90度；
（2）偏航运行时间达到t2；
（3）叶轮转速下降到预设值；
超速信号采用主机超速开关外扩继电器接入独立偏航PLC，在风电场中控室实现远程应急偏航的监控；
应急自动偏航叶轮转速信号采用在叶轮法兰盘处安装叶轮转速监测装置，或者将原有转速脉冲信号并联接入独立偏航PLC高速计数器端子，或者将原有转速4-20mA信号经信号分配器分路后接入独立偏航PLC模拟量输入端口；
应急自动偏航PLC接收来自风电机组的转速一信号和来自可编程转速监控器的风电机组转速二信号，通过转速一和转速二作比较，根据预设的自动偏航启动条件启动偏航系统；
采用信号分配器和中间继电器反馈机组风向信号给应急自动偏航PLC，根据错风方向判定偏航方向；
通过应急自动偏航PLC打开偏航电机刹车和半释放液压偏航刹车压力后，根据偏航电机不同启动方式将应急偏航信号并接到主控启动偏航启动接点处，实现应急偏航；
使用信号分配器和中间继电器反馈机组叶轮转速与风向信号给应急自动偏航PLC，满足停止条件时停止偏航。
2.根据权利要求1所述的风电机组超速手/自动应急偏航方法，其特征是，在塔底增加应急手动偏航动作按钮及连接到机舱的控制电缆，直接控制机舱手动偏航。
3.根据权利要求1所述的风电机组超速手/自动应急偏航方法，其特征是，在风电场升压站上位机增加远程控制应急偏航指令，增加关于应急自动偏航相关辅助功能。
4.根据权利要求1所述的风电机组超速手/自动应急偏航方法，其特征是，将独立自动偏航PLC启动偏航接点与主控输出偏航命令接点并联来启动风电机组偏航电机，将独立自动偏航PLC超速信号并联接入主控PLC超速端子。
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