CN203835620U - 大型风力发电机组的过转速保护装置 - Google Patents
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Abstract
一种大型风力发电机组的过转速保护装置，包括偏航中间继电器、刹车中间继电器、延时继电器和转速监测模块，转速监测监测模块包括转速检测单元、偏航启动控制单元、延时控制单元和刹车启动控制单元，转速监测单元分别与偏航启动控制单元、刹车启动控制单元连接，刹车启动控制单元与刹车中间继电器连接，刹车中间继电器为机械刹车系统的启动开关，偏航启动控制单元与偏航中间继电器连接，偏差中间继电器为偏航系统的启动开关，偏航启动控制单元与延时控制单元连接，延时控制单元与延时继电器连接，延时继电器与偏航系统连接。本实用新型可靠性良好、安全性较高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电机组。
背景技术
2012年我国风电新增装机1296万千瓦，约占全球总量的29%，累计装机容量7532万千瓦，约占全球总量的27%。风电已超越核电，成为继煤电和水电之后的第三大主力电源。随着风电新增装机容量的节节高升，风电事故也是接连不断，运行机组的安全性能得到了前所未有的关注。
早期的定速定桨机组故障时，通过将小叶尖从工作位置甩出，在弹簧力和离心力作用下旋转74度，形成空气阻尼板减少风能吸收，使机组转速迅速下降到安全的范围。MW级变速恒频机组发生故障停机时，通过变桨系统控制叶片全桨叶转至顺桨位置，减少风载吸收来制动风力发电机组。变桨系统作为机组主要刹车和安全保护装置，若在机组故障停机时，不能及时将桨叶转至顺桨位置，机组转速将处于不可控状态，甚至引起机组风车等严重事故。
变桨系统按驱动类型的不同分为液压变桨和电动变桨，电动变桨按驱动电机的不同分为直流变桨和交流变桨。交流电机由于其经济性和免维护性，在风力发电机组变桨系统中广泛使用。交流变桨通常采用“整流单元→直流母线（备用电源）→逆变单元→交流电机”的结构。通常情况下在变桨系统供电出现故障时，变桨系统由备用电源经逆变单元后驱动交流电机执行停机。然而，由于交流变桨的备用电源和交流电机之间存在逆变单元这一环节，当发生严重电网故障时，如高电 压、电网谐振等复杂工况下，而影响逆变单元的正常工作时，将严重影响机组的安全。另一方面，变桨系统和机组之间通过滑环连接，当机组发生故障时，通过滑环将信号传递给变桨系统执行停机。由于滑环是需要定期维护的旋转结构，使得变桨系统依据主控系统停机命令执行停机的可靠性大大降低。
发明内容
为了克服已有大型风力发电机组的可靠性较差、安全性较低的不足,本实用新型提供了一种可靠性良好、安全性较高的大型风力发电机组的过转速保护装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种大型风力发电机组的过转速保护装置，包括偏航中间继电器、刹车中间继电器、延时继电器和转速监测模块，所述转速监测监测模块包括用以检测发电机转速的转速检测单元、用以当转速超过设定阈值时控制偏航中间继电器闭合的偏航启动控制单元、用以当偏航中间继电器闭合后启动延时继电器的延时控制单元和用以当转速低于安全转速时控制刹车中间继电器闭合的刹车启动控制单元，所述转速监测单元分别与所述偏航启动控制单元、刹车启动控制单元连接，所述刹车启动控制单元与刹车中间继电器连接，所述刹车中间继电器为机械刹车系统的启动开关，所述偏航启动控制单元与所述偏航中间继电器连接，所述偏差中间继电器为偏航系统的启动开关，所述偏航启动控制单元与所述延时控制单元连接，所述延时控制单元与所述延时继电器连接，所述延时继电器与所述偏航系统连接。
本实用新型的技术构思为：通过监测发电机转速，触发机组90度侧风偏航功能，以一种纯粹硬件电路方式实现，提高了机组保护的 可靠性。尤其当故障停机已触发，桨叶仍然不能正常顺桨，机组处于转速不可控的危险状态时，只要转速检测模块检测到机组转速超过设定值，都能触发机组进行90度侧风偏航来减少风载吸收，将转速降至安全范围。采用偏航90度侧风的过转速保护方式基于原有机组的发电机转速信号，通过增加发电机转速监测模块控制原有偏航系统侧风偏航90度的方式，具有实现简单、实用性强的优点。偏航90度侧风装置是独立于机组安全链以外的更高级别最后一道安全保护，可广泛应用于采用主动偏航的定速定桨、双馈型和直驱型等MW级变速恒频机组中。
本实用新型的有益效果主要表现在：可靠性良好、安全性较高。
附图说明
图1为侧风偏航结构示意图。
图2为侧风偏航90度流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1和图2，一种大型风力发电机组的过转速保护装置，包括偏航中间继电器1、刹车中间继电器2、延时继电器3和转速监测模块4，所述转速监测模块4包括用以检测发电机转速的转速检测单元、用以当转速超过设定阈值时控制偏航中间继电器闭合的偏航启动控制单元、用以当偏航中间继电器闭合后启动延时继电器的延时控制单元和用以当转速低于安全转速时控制刹车中间继电器闭合的刹车启动控制单元，所述转速监测单元分别与所述偏航启动控制单元、刹车启动控制单元连接，所述刹车启动控制单元与刹车中间继电器2连接，所 述刹车中间继电器2为机械刹车系统的启动开关，所述偏航启动控制单元与所述偏航中间继电器1连接，所述偏差中间继电器1为偏航系统的启动开关，所述偏航启动控制单元与所述延时控制单元连接，所述延时控制单元与所述延时继电器3连接，所述延时继电器3与所述偏航系统连接。
本实施例转速监测模块采用瑞典leine&linde公司的DZ260转速监测模块，如图1侧风90度偏航结构示意图；利用转速监测模块实时检测发电机转速，判断机组是否过速，若监测的发电机转速超过设定值，无论机组处于何种状态，是否已经触发停机故障，桨叶是否已顺桨等，直接通过中间继电器控制偏航系统执行偏航。同时时间继电器计时，当偏航90度所需时间到达时，停止继续偏航。当转速监测模块检测监测的发电机转速低于安全转速时，此时机组已处于低速或怠速运行状态，执行机械刹车确保机组安全停机。具体控制方法如下：
通过发电机编码器测得发电机转速信号分为两路，一路给变流器用于机组转矩和桨距角的闭环控制，另外分出一路给过转速监控模块，实现发电机转速的实时监控。
发电机转速模块根据所测得的转速，通过内部编程作一些逻辑判断：如不管转速为顺时针方向还是逆时针方向，只要转速大于转速模块设定值，就触发转速模块的过转速对应端口；机械刹车只能在转速模块过转速端口触发后，转速降至安全范围内才允许触发，而不能在机组启机低转速运行时触发。
延时继电器设置为上电延时模式，即转速模块检测到转速超过设定值时，触发转速模块的对应端口驱动偏航，同时延时继电器线圈得电开始计时。如图2，90度偏航侧风流程图①，②，③所示。
机组侧风偏航减少了风载的吸收，90度侧风时，即使3片桨叶均处于完全开桨状态，也能将风载吸收减少到最小。这与机组在台风期间，偏航90度来最大可能地减少风载吸收，进行自我保护的情况类似。现场多次测试结果表明，当机组偏航至60度附近时，机组转速已降至500rpm左右。
在机组过转速导致转速检测模块过转速检测点触发后，通过侧风偏航使转速下降。当转速检测模块检测到转速小于欠转速参数设置点时，触发转速模块的欠转速对应端口，控制相应的中间继电器在延时7s后执行机械刹车，将机组安全停下。如图2 90度偏航侧风流程图④，⑤，⑥所示。
根据偏航电机额定转速N=1450rpm，偏航减速箱传动比i=1829.7，偏航小齿齿数Z1=14，偏航大齿齿数Z2=128，计算偏航速度 其中360为偏航一圈的度数，60为分钟折算为秒。由此计算偏航90度所需时间=90/0.52=173s。
当延时继电器设置的时间参数到达，通过控制延时继电器的NC触点，使机组停止90度侧风偏航位置，确保了机组安全停机。如图2 90度偏航侧风流程图⑦，⑧，⑨所示。
从leine&linde增量型编码器中并联出一路发电机转速信号给转速监测模块DZ260，当检测到发电机转速>2300rpm时，触发其内部的过转速继电器K3动作常开触点吸和，同时触发两路信号：一路触发中间继电器1，用于启动偏航；另一路使延时继电器得电，同时对偏航时间进行计时，当延时继电器计时至173s时，偏航到达90度侧风位置时，延时继电器动作，其常闭触点断开控制偏航的中间继电器，从 而使偏航停止于90度侧风位置。
事实上，当机组偏航至60度左右，机组转速已降至500rpm左右。此时，测模块检测到转速<欠转速参数设置点（500rpm）时，触发其内部的过转速继电器K2动作，常开触点吸和，机械刹车再延时7s后执行刹车，使机组平稳停下，该延时通过原机组的延时继电器实现。
转速模块欠转速端口的输出与转速模块过转速端口通过硬件实现互锁：转速模块过转速端口未触发时，检测到发电机转速<500rpm时，不会触发转速检测模块欠转速端口；但是一旦转速模块的过速端口后，则转速模块再检测到发电机转速<500rpm时，触发过转速模块内部继电器K2动作，将机组刹停。
本实施例仅用于说明本实用新型各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，偏航系统为主动式对风偏航系统，在本实用新型技术方案的基础上，凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (1)
1.一种大型风力发电机组的过转速保护装置，其特征在于：包括偏航中间继电器、刹车中间继电器、延时继电器和转速监测模块，所述转速监测监测模块包括用以检测发电机转速的转速检测单元、用以当转速超过设定阈值时控制偏航中间继电器闭合的偏航启动控制单元、用以当偏航中间继电器闭合后启动延时继电器的延时控制单元和用以当转速低于安全转速时控制刹车中间继电器闭合的刹车启动控制单元，所述转速监测单元分别于所述偏航启动控制单元、刹车启动控制单元连接，所述刹车启动控制单元与刹车中间继电器连接，所述刹车中间继电器为机械刹车系统的启动开关，所述偏航启动控制单元与所述偏航中间继电器连接，所述偏航中间继电器为偏航系统的启动开关，所述偏航启动控制单元与所述延时控制单元连接，所述延时控制单元与所述延时继电器连接，所述延时继电器与所述偏航系统连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN104791192A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-07-22 | 深圳市风光宝新能源科技有限公司 | 一种风力机限速与刹车保护控制的装置及方法 |
| CN104963809A (zh) * | 2015-06-25 | 2015-10-07 | 北京天诚同创电气有限公司 | 风力发电机组的转速保护方法和系统 |
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