CN203308656U - 一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统，在现有变桨系统的变桨电机支架上增设了一个-2度限位开关，且在变桨盘上对应设置有-2度限位开关用挡块，-2度限位开关还通过电缆线与变桨系统的变桨控制柜连接。通过上述改进，可以保证在强制手动变桨模式下变桨调零和旋转编码器清零时，不会出现由于过度变桨导致的齿形带及其压板损坏，也不会出现由于上述损坏而引起的飞车事故，避免了机组损坏和人员伤亡等安全事故的发生。

Description

一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统

技术领域

本实用新型涉及风机变桨系统，具体地，涉及一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统。

背景技术

目前的风机变桨系统，主要包括与风机叶片连接的变桨盘，与变桨盘通过齿形带连接的变桨电机，与变桨电机连接的变桨控制柜，在接近变桨盘0度位置的齿形带上的凹槽处设置有用于将齿形带固定在变桨盘上的压板，还包括用于安装变桨电机的变桨电机支架，在变桨电机支架上设置有90度限位开关及5度接近开关，且在变桨盘上对应设置有与开关对应的挡块，90度限位开关还通过电缆线与变桨控制柜连接。

在风机变桨系统中，由于变桨电机支架上装有90度限位开关和5度接近开关，在正常的程序控制情况下可以起到变桨保护的作用，控制叶片在-2度～95度桨距角范围内变化，这样是比较安全的，但强制手动变桨却不受此限制，即在变桨盘0度位置，只有程序保护，缺乏可靠的电子、机械保护，因此在非程序控制的强制手动变桨情况下会带来很大的安全隐患，具体安全隐患如下：

风电机组在进行变桨调零和旋转编码器清零时，变桨控制需设定在强制手动模式，并且需要至少两名工作人员进入叶轮（轮毂）里面，配合操作。其中一人站在轮毂外部的0度凹槽附近（轮毂与发电机动轴连接处）观察，另一人在轮毂内部进行强制手动变桨向0度方向旋转，轮毂外部的人员频繁给轮毂内部的人口头发出变桨操作指令，当T型挡铁刚好和轮毂的0度凹槽处重合时停止变桨，同时保证轮毂里面0度刻度在要求的误差范围±1度内。在进行上述工作时，由于现场工作条件复杂，容易受到诸如电机的转动和报闸动作、风扇散热的噪音、发电机的轰隆声的影响，尤其是开关电源NG5给超级电容的充电动作的影响，使得轮毂内外的人很难清楚地听到对方的信息。轮毂里面的人一旦接收不到外面的信息或信息接受错误而一直变桨，叶片变桨将可能超过0度凹槽，当达到齿形带0度固定压板的附近时候，就会使压板的受力瞬间上升，离压板越近受力就会越大，此时压板与变桨盘的8颗螺栓就会被强制拉出使得压板变形脱掉。这时齿形带就会脱离变桨盘，叶片也就不再受齿形带控制而自由变桨，也就是发生飞车事故！

当叶片一直往0度方向变桨，轻者会崩掉几个螺栓，虽然对机组没有太大危害，但是对齿形带的寿命有一定的损害，齿形带价格昂贵，损坏后对风机机组危害较大，而且崩出的螺栓要重新对孔进行过丝处理，增加额外工作；如果继续再变桨就会使得整个8颗螺栓全部崩裂，整个齿形带会瞬间失去控制朝90度方向快速摆去，结果是叶片失去控制，造成严重的飞车事故。

另外，由于轮毂外的人站立位置有限，只能在发电机侧很少的空间移动，而且需要正面对着变桨盘观察，当变桨盘和叶片发生飞车的时候，整个齿形带就会在强大的作用力下朝回摆去，极容易伤害到这个人的面部，同时伴随叶片失去控制变桨会使人失去重心。在这种情况下对于处于轮毂外的人员来说是极其危险的，轻者造成重伤，严重的话就会失去生命。

由此可见，现有的风机变桨系统在强制手动变桨时存在很大的安全隐患，而亟待加以进一步改进，以保证齿形带及其压板能够得到可靠保护，避免机组损坏和人员伤亡等安全事故的发生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统，使齿形带及其压板能够得到可靠保护，进而能保护机组及人员安全。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统，包括与风机叶片连接的变桨盘，与变桨盘通过齿形带连接的变桨电机，与变桨电机连接的变桨控制柜，在接近变桨盘0度位置的齿形带上的凹槽处设置有用于将齿形带固定在变桨盘上的压板，还包括用于安装变桨电机的变桨电机支架，在变桨电机支架上设置有90度限位开关，且在变桨盘上对应设置有90度限位开关用挡块，所述90度限位开关还通过电缆线与变桨控制柜连接，在变桨电机支架上还设置有-2度限位开关，且在变桨盘上对应设置有-2度限位开关用挡块，所述-2度限位开关还通过电缆线与变桨控制柜连接。

进一步地，所述-2度限位开关通过延长支架设置在变桨电机支架上。

进一步地，所述-2度限位开关用挡块的前端成光滑斜坡状，且其最低点不能使-2度限位开关卡住。

进一步地，所述-2度限位开关及-2度限位开关用挡块均采用螺栓固定设置方式。

进一步地，所述变桨系统为vensys变桨系统。

进一步地，所述变桨系统的控制电路包括：AC2—变桨逆变器，用于与变桨电机连接；K3—继电器，其1个常开触点与AC2连接与60VDC回路，其另1个常开触点连接KL1104用于给风机主控PLC发送信号，其线圈与90度限位开关串联与24VDC回路；T1—直流变换斩波电路，连接24VDC与60VDC，将60VDC转换为24VDC；还包括：SS1—-2度限位开关、K1—继电器及S1—手动变桨控制按钮；所述SS1—-2度限位开关，其1个常闭触点与K1继电器的线圈串联与24VDC回路，其另1个常闭触点串联在90度限位开关与K3继电器的线圈之间；所述K1—继电器，其3个主触点串联在变桨电机的3根相线上；所述S1—手动变桨控制按钮，与K3继电器的常开触点并联。

进一步地，所述K1—继电器的规格为90A，35V；所述变桨电机的额定功率4.5KW，额定电压29V。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、由于齿形带价格昂贵，损坏后对风机机组危害较大，在风机变桨系统中，通过在合适的角度-2度选择增加一个-2度限位开关，可以保证在强制手动变桨模式下变桨调零和旋转编码器清零时，不会出现由于过度变桨导致的齿形带及其压板损坏，也不会出现由于上述损坏而引起的飞车事故，避免了机组损坏和人员伤亡等安全事故的发生。

2、通过在变桨系统的控制电路中增加一个大电流的K1继电器，配合新增加的-2度限位开关，可以实现电路的双重保护。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图（部分图）；

图2为本实用新型的控制电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型的一种可安全强制手动变桨的变桨系统，以vensys变桨系统为例，包括与风机叶片连接的变桨盘1，与变桨盘1通过齿形带2连接的变桨电机，与变桨电机连接的变桨控制柜，在接近变桨盘1的0度位置的齿形带2上的凹槽处设置有用于将齿形带2固定在变桨盘1上的压板，还包括用于安装变桨电机的变桨电机支架3，在变桨电机支架3上设置有90度限位开关4及5度接近开关5，且在变桨盘1上对应设置有与开关对应的挡块，5度接近开关5及90度限位开关4还通过电缆线6与变桨控制柜连接，在上述结构的基础上，为了克服变桨盘0度位置没有机械、电子保护的缺陷，且考虑到风机叶片要求在-2度～95度桨距角范围内是比较安全的，因此本实用新型在变桨电机支架3上增设了一个-2度限位开关7，且在变桨盘1上对应设置有-2度限位开关用挡块，-2度限位开关还通过电缆线6与变桨控制柜连接。其中，-2度限位开关7可通过延长支架8设置在变桨电机支架3上。

具体的改造过程如下：

1、对限位开关型号的选取：

可以参考使用90度限位开关的型号，下面是该类型限位开关的技术参数：

最大电压	400VAC
		持续电流	5A
最大开关频率	100/min
		机械寿命-开关动作次数	1x106
工作温度	-30-+80℃
		标准执行机构形态	C
认证	UL,CSA
		触点数目	2个，常闭
重量	0.16kg

2、机械上改造：

首先，在延长支架8上，留出一个-2度限位开关7的4个螺栓安装孔，注意做防腐处理，安装一个-2度限位开关7，同90度限位开关4型号参数一样。

其次，我们用到的是限位开关，它的动作部位是一个滚动的轮子，当遇到障碍时需要平滑的走动，所以我们需要在变桨盘1的-2度方向增加一个前端做成光滑斜坡状的挡块。注意挡块最低点不能使限位开关卡住。同时需要有固定挡块的螺栓，需要4个M8的达克罗8.8级螺栓。

第三，变桨盘1上给挡块做螺孔。首先要把叶片变桨到-2度位置，然后确定-2度限位开关7的位置（之前把-2度限位开关7固定好）在它正对变桨盘1的地方作好标记，再根据制作的挡块的大小确定螺孔的位置。最好多变桨几次确定好孔的位置。

第四，-2度限位开关7的电缆线6也送到变桨控制柜。

3、电气上的改造：

改造后的电路控制原理图如图2所示，包括：

AC2—变桨逆变器，用于与变桨电机M1连接，提供变桨电机M1所需的交流电源；变桨电机M1的额定功率4.5KW，额定电压29V;

K3—继电器，正常情况下其线圈有电，其常开触点闭合,其1个常开触点与AC2连接与60VDC回路，控制AC2的工作,断开时AC2不能工作，其另1个常开触点连接KL1104(倍福模块，简单来说，KL1104相当于变桨安全链，如果-2度限位开关动作，就是从程序上断开安全链，进行保护)用于给风机主控PLC发送信号，其线圈与90度限位开关串联与24VDC回路；

T1—直流变换斩波电路，连接24VDC与60VDC，将60VDC转换为24VDC；

SS1—-2度限位开关，其1个常闭触点与K1继电器的线圈串联与24VDC回路，其另1个常闭触点串联在90度限位开关与K3继电器的线圈之间；

K1—继电器，正常情况下其线圈有电，其常开触点闭合，规格为90A，35V；其3个主触点串联在变桨电机M1的3根相线上；

S1—手动变桨控制按钮，与K3继电器的常开触点并联,可以在K3继电器失电后，常开触点下，可以通过手动控制使变桨逆变器AC2有输出。

我们希望-2度限位开关在通过给AC2断电的同时也能给变桨电机强制断电，实现双重可靠保护的效果，虽然限位开关本身有两个常闭触点，但是从它的技术参数上可以看到其本身只能通过5A的电流。然而我们变桨电机是典型的大电流电机（因为需要提供大的扭矩来拖动叶片）因此考虑可以使用一个大电流的继电器主触点来控制电机的断电。根据电机的额定功率和电压可以计算其额定电流：

$I=4.5\mathrm{KW}/29V/\sqrt{3}=89.6A$

这样我们可以考虑把-2度限位开关的1个常闭触点11、12串联到继电器K1的线圈上，另外1个常闭触点21、22和90度限位开关Sx串联起来。

根据上述控制电路进行控制，当限位开关碰到变桨盘上的挡块立即触发，AC2失去动作的同时，变桨电机动力线也会立即失电，起到双重保护的效果。此时叶片就会很快停止下来，起到安全保护轮毂外人员，同时保护风机的目的。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统，包括与风机叶片连接的变桨盘，与变桨盘通过齿形带连接的变桨电机，与变桨电机连接的变桨控制柜，在接近变桨盘0度位置的齿形带上的凹槽处设置有用于将齿形带固定在变桨盘上的压板，还包括用于安装变桨电机的变桨电机支架，在变桨电机支架上设置有90度限位开关，且在变桨盘上对应设置有90度限位开关用挡块，所述90度限位开关还通过电缆线与变桨控制柜连接，其特征在于，在变桨电机支架上还设置有-2度限位开关，且在变桨盘上对应设置有-2度限位开关用挡块，所述-2度限位开关还通过电缆线与变桨控制柜连接。

2.根据权利要求1所述的一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统，其特征在于，所述-2度限位开关通过延长支架设置在变桨电机支架上。

3.根据权利要求1所述的一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统，其特征在于，所述-2度限位开关用挡块的前端成光滑斜坡状，且其最低点不能使-2度限位开关卡住。

4.根据权利要求1所述的一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统，其特征在于，所述-2度限位开关及-2度限位开关用挡块均采用螺栓固定设置方式。

5.根据权利要求1所述的一种可安全强制手动变桨的风机变桨系统，其特征在于，所述变桨系统为vensys变桨系统。

6.根据权利要求1-5任一项所述的可安全强制手动变桨的风机变桨系统，所述变桨系统的控制电路包括：

AC2—变桨逆变器，用于与变桨电机连接；

K3—继电器，其1个常开触点与AC2连接与60VDC回路，其另1个常开触点连接KL1104用于给风机主控PLC发送信号，其线圈与90度限位开关串联与24VDC回路；

T1—直流变换斩波电路，连接24VDC与60VDC，将60VDC转换为24VDC；

其特征在于，还包括：

SS1—-2度限位开关、K1—继电器及S1—手动变桨控制按钮；

所述SS1—-2度限位开关，其1个常闭触点与K1继电器的线圈串联与24VDC回路，其另1个常闭触点串联在90度限位开关与K3继电器的线圈之间；

所述K1—继电器，其3个主触点串联在变桨电机的3根相线上；

所述S1—手动变桨控制按钮，与K3继电器的常开触点并联。

7.根据权利要求6所述的可安全强制手动变桨的风机变桨系统，其特征在于，所述K1—继电器的规格为90A，35V；所述变桨电机的额定功率4.5KW，额定电压29V。

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