CN209855970U - 风力发电机组运行与故障诊断综合实验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，包括：机械传动柜、风机控制柜、传感器柜、机舱柜、主控柜、上位机系统。机械传动柜，用于模拟实际风力发电机的变桨，偏航，发电；风机控制柜，用于控制指导机械传动柜的运行；传感器柜，用于模拟真实风机的各种传感器的工作状态；传感器柜主要功能为反馈机组当前状态；主控柜主要功能为各机组运行控制；本装置设计独特、造型美观大方，实验实训方便且贴近工程实际，填补国内该类实验设备的空白。专业性强能满足各类学校相应课程的实验教学，实验的深度与广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学进程作有机地结合。

Description

风力发电机组运行与故障诊断综合实验台

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电实验台，特别是涉及一种风力发电机组运行与故障诊断综合实验台。

背景技术

目前市场上的风力发电机分为大型设备和小型设备。大型设备体积比较大，占地面积多，无法移动，不能实现自由培训，无法完成风力发电机组运行与故障诊断的相关实验内容。小型设备无法实现变桨控制，若使用鼓风机模拟风源，则占地比较大，且无法全段模拟真实风速，破坏实验效果，无法实现拆装培训，无法完成相关实验内容。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，提供一种风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，所要解决的技术问题是能够实现多种风力发电机组运行与故障诊断的综合实验，从而更加适于实用。

本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，包括：机械传动柜、风机控制柜、传感器柜、机舱柜、主控柜、上位机系统；其中，

机械传动柜，用于模拟实际风力发电机的变桨，偏航，发电，包括变桨系统、偏航系统、发电系统、机械传动柜端子，所述的变桨系统包括变桨系统Ⅰ、变桨系统Ⅱ、变桨系统Ⅲ；所述的变桨系统包括：变桨轴承、变桨电机、变桨编码器、变桨光电开关，所述的变桨轴承的内齿轮分别与变桨电机和变桨编码器的齿轮相啮合；所述的偏航系统包括偏航轴承、两个偏航电机、偏航光电开关，所述的偏航轴承的外齿轮分别与两个偏航电机的齿轮相啮合；所述的发电系统的电动机、变桨电机、变桨编码器、变桨光电开关、偏航电机、偏航光电开关均与所述机械传动柜端子连接；

风机控制柜，用于控制指导机械传动柜的运行，包括风机控制柜主控单元、电源模块、信号转换模块、检测模块、通讯模块、驱动器系统、互感器、风机控制柜端子、风机控制柜触控屏；所述风机控制柜主控单元分别与风机控制柜触控屏、驱动器系统、信号转换模块、变送器连接，所述检测模块、驱动器系统、信号转换模块均与通讯模块连接，所述互感器与检测模块连接；所述变桨光电开关通过机械传动柜端子和风机控制柜端子与风机控制柜主控单元连接，所述发电系统的电动机、变桨电机、偏航电机均通过机械传动柜端子和风机控制柜端子与驱动器系统连接，所述变桨编码器通过机械传动柜端子和风机控制柜端子与信号转换模块连接；

传感器柜，用于模拟真实风机的各种传感器的工作状态，包括模拟温度、压力、速度、风速风向、震动、位置；所述传感器柜包括：温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、风速仪、风向仪、按钮盒子Ⅰ、按钮盒子Ⅱ、航空灯、急停盒子、速度传感器、磁性传感器、震动传感器、偏角传感器、压力传感器、编码器Ⅰ、编码器Ⅱ、传感器柜加热器、传感器柜端子；

机舱柜，包括：温控器、隔离光栅、超速模块、机舱柜电池、机舱柜电池充电器、机舱柜主控单元、机舱柜加热器、软启动器、机舱柜端子、机舱柜触控屏；风机控制柜中的电池模块与机舱柜中的隔离光栅、超速模块、机舱柜电池充电器、机舱柜主控单元连接，提供直流电源；机舱柜中的电池充电器与机舱柜电池连接；机舱柜主控单元均与机舱柜电池、隔离光栅、超速模块、软启动器连接；温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、按钮盒子Ⅰ、按钮盒子Ⅱ、航空灯、急停盒子、速度传感器、磁性传感器、震动传感器、偏角传感器、压力传感器通过传感器柜端子及机舱柜端子与机舱柜主控单元连接，风速仪、风向仪通过传感器柜端子、机舱柜端子、机舱柜中的隔离光栅与机舱柜主控单元连接，编码器Ⅰ、编码器Ⅱ通过传感器端子、机舱柜端子、机舱柜中的隔离光栅和超速模块与机舱柜主控单元连接；传感器加热器和机舱柜加热器均与机舱柜的温控器连接；

主控柜，包括：互感器、主控柜电池、电源、主控柜电池充电器、以太网交换机、传感器、主控柜主控单元Ⅰ、主控柜主控单元Ⅱ、温控装置、主控柜端子、主控柜加热器、主控柜触控屏；主控柜中：加主控柜热器与温控装置连接，传感器与主控柜主控单元Ⅰ、主控柜主控单元Ⅱ连接，主控柜触控屏与主控柜主控单元Ⅰ连接。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，其中所述的风机控制柜还包括断路器、变送器、继电器系统、逆变器、整流器。

优选的，前述的风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，其中所述的机舱柜还包括：断路器系统，两个浪涌保护器、继电器、热继电器、接触器系统；机舱柜主控单元与机舱柜中的的浪涌保护器、继电器、热继电器、接触器系统连接。

优选的，前述的风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，其中所述的机舱柜触控屏通过profinet总线与机舱柜主控单元连接。

优选的，前述的风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，其中所述的机舱柜还包括机舱柜光纤交换机，所述的主控柜还包括主控柜光纤交换机，机舱柜主控单元通过机舱柜光纤交换机与主控柜光纤交换机连接、机舱柜中光纤交换机接受主控柜光纤交换机的信号实现通讯。

借由上述技术方案，本实用风力发电机组运行与故障诊断综合实验台至少具有下列优点：

本实用新型的装置设计独特、造型美观大方、体积小、占地面积少，实验实训方便且贴近工程实际，填补国内该类实验设备的空白；专业性强，能满足各类学校相应课程的实验教学，实验的深度与广度可根据需要作灵活调整，普及与提高可根据教学进程作有机地结合；直观性强，真实风机电气件，结构紧凑的实验平台，直观的展现的风力发电系统的各个电气组成，便于学生了解，操作。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型的机械传动柜示意图；

图2是本实用新型的变桨系统的结构图；

图3是本实用新型的偏航系统的结构图；

图4是本实用新型的风机控制柜的正面示意图；

图5是本实用新型的风机控制柜的背面示意图；

图6是本实用新型的传感器柜的正面示意图；

图7是本实用新型的机舱柜的正面示意图；

图8是本实用新型的机舱柜的背面示意图；

图9是本实用新型的主控柜的正面示意图；

图10是本实用新型的主控柜的背面示意图；

图11是采用本实用新型的实验台进行实验时的连接示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的风力发电机组运行与故障诊断综合实验台其具体实施方式、特征、结构及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

如图1-11所示，本实用新型的一个实施例提出一种风力发电机组运行与故障诊断综合试验台，包括：机械传动柜A、风机控制柜B、传感器柜C、机舱柜D、主控柜E、上位机系统F；

如图1-3所示，机械传动柜，用于模拟实际风力发电机的变桨，偏航，发电，包括变桨系统、偏航系统4、发电系统5、机械传动柜端子6，变桨系统包括变桨系统Ⅰ1、变桨系统Ⅱ2、变桨系统Ⅲ3；变桨系统包括变桨轴承011、变桨电机012、变桨编码器013、变桨光电开关014，变桨轴承011的内齿轮分别与变桨电机012和变桨编码器013的齿轮相啮合；偏航系统4包括偏航轴承041、两个偏航电机042、偏航光电开关043，偏航轴承041的外齿轮分别与两个偏航电机042的齿轮相啮合；发电系统5的电动机、变桨电机012、变桨编码器013、变桨光电开关014、偏航电机041、偏航光电开关043均与机械传动柜端子6连接；

如图4-5所示，风机控制柜，用于控制指导机械传动柜的运行，包括风机控制柜主控单元a1、电源模块a2、互感器a3、信号转换模块a4、检测模块a5、通讯模块a6、驱动器系统、风机控制柜端子a8、风机控制柜触控屏a9，驱动器系统包括3个驱动器a7；风机控制柜主控单元分别与风机控制柜触控屏、驱动器系统、信号转换模块连接，所述检测模块、驱动器系统、信号转换模块均与通讯模块连接，互感器与检测模块连接；变桨光电开关014通过机械传动柜端子6和风机控制柜端子a8与风机控制柜主控单元a1连接，发电系统5的电动机、变桨电机012、偏航电机041均通过机械传动柜端子6和风机控制柜端子a8与驱动器系统连接，变桨编码器013通过机械传动柜端子6和风机控制柜端子a8与信号转换模块a4连接；

较佳的，风机控制柜还包括断路器a10、变送器a11、继电器系统、逆变器a13、整流器a14、插座a15、熔断器a16，继电器系统包括2个继电器a12。

如图6所示,传感器柜，用于模拟真实风机的各种传感器的工作状态，包括模拟温度、压力、速度、风速风向、震动、位置；所述传感器柜包括：温度传感器Ⅰb1、温度传感器Ⅱb2、风速仪b3、风向仪b4、按钮盒子Ⅰb5、按钮盒子Ⅱb6、航空灯b7、急停盒子b8、速度传感器b9、磁性传感器b10、震动传感器b11、偏角传感器b12、压力传感器b13、编码器Ⅰb14、编码器Ⅱb15、传感器柜加热器b16、传感器柜端子b17；

如图7-8所示，机舱柜，包括：温控器c1、隔离光栅c2、超速模块c3、机舱柜电池c4、机舱柜电池充电器c5、机舱柜主控单元c6、机舱柜加热器c7、软启动器c8、机舱柜端子c9、机舱柜触控屏c10；风机控制柜中的电池模块a2与机舱柜中的隔离光栅c2、超速模块c3、机舱柜电池充电器c5、机舱柜主控单元c6连接，提供直流电源；机舱柜电池充电器c5与机舱柜电池c4连接，机舱柜主控单元c6均与机舱柜电池c4、隔离光栅c2、超速模块c3、软启动器c8连接；温度传感器Ⅰb1、温度传感器Ⅱb2、按钮盒子Ⅰb5、按钮盒子Ⅱb6、航空灯b7、急停盒子b8、速度传感器b9、磁性传感器b10、震动传感器b11、偏角传感器b12、压力传感器b13通过传感器柜端子b11及机舱柜端子c9与机舱柜主控单元c6连接，风速仪b3、风向仪b4通过传感器柜端子b11、机舱柜端子c9、机舱柜中的隔离光栅c2与机舱柜主控单元c6连接，编码器Ⅰb14、编码器Ⅱb15通过传感器端子b11、机舱柜端子c9、机舱柜中的隔离光栅c2和超速模块c3与机舱柜主控单元c6连接；机舱柜加热器c7和传感器柜加热器b16均与机舱柜的温控器c1连接；机舱柜触控屏c10与机舱柜主控单元c6连接；

较佳的，机舱柜还包括：断路器系统，两个浪涌保护器c11、继电器c12、热继电器c13、接触器系统，断路器系统包括3个断路器c14，接触器系统包括2个接触器c15；机舱柜主控单元c6与机舱柜中的的浪涌保护器、继电器、热继电器、接触器系统连接。机舱柜还包括机舱柜插座c17、开关电源c18。

如图9-10所示，主控柜，包括：互感器d1、主控柜电池d2、电源d3、主控柜电池充电器d4、以太网交换机d5、传感器d6、主控柜主控单元Ⅰd7、主控柜主控单元Ⅱd8、温控装置d9、主控柜端子d10、主控柜加热器d11、主控柜触控屏d12；主控柜中：主控柜加热器与温控装置连接，传感器与主控柜主控单元Ⅰ、主控柜主控单元Ⅱ连接，主控柜触控屏与主控柜主控单元Ⅰ连接。

较佳的，主控柜中还包括刀熔断器d13、2个主控柜断路器d14、主控柜继电器d15、主控柜插座d16。主控柜触控屏与主控柜继电器连接、控制主控柜继电器；

本实用新型中的各熔断器、断路器、继电器等保护各个柜的用电安全，电源及电池提供电流；

本实用新型中各个柜中的触控屏均与该柜中的主控单元相连接。

本实用新型中，若停电时，各个柜中的电池给该柜中的各设备提供电流。

较佳的，机舱柜还包括机舱柜光纤交换机c16，主控柜还包括主控柜光纤交换机d17，机舱柜主控单元通过机舱柜光纤交换机与主控柜光纤交换机连接，机舱柜中光纤交换机接受主控柜光纤交换机的信号实现通讯。

较佳的，机舱柜触控屏通过profinet总线与机舱柜主控单元连接。

系统。

如图11所示，现采用本实验的实验台进行以下三种实验教学模式。

一.教学模式分为三种模式：

教学模式一

功能：本模式为脱机故障教学模式，该模式下可以脱离机组，直接进行故障实验。

组成：系统由传感器柜、主控柜、机舱柜以及上位机系统组成。

特点及实验目的:本教学模式下，只针对机组常见传感器及机组常见故障进行实验，可以脱离机组独立运行。教师通过上位机或者传感器柜设置故障，学生根据机组类型、图纸以及故障手册进行故障检查以及消除。传感器柜主要功能为反馈机组当前状态，主要包含机组常见传感器如：温度传感器、偏航位置传感器、偏航接近开关、发电机转速接近开关、发电机转速传感器、偏航纽缆传感器、加速度传感器、震动传感器等。

主控柜主要功能为机组运行控制，主要包含机组二次供电回路、主控PLC、通讯等部分。主控柜触控屏主要显示机组实时参数，对机组参数进行调整，并且对实验数据进行管理以及上传。机舱柜主要功能为控制机组运行，主要包含机舱控制柜PLC(主控单元)、防雷、隔离栅、安全继电器、偏航继电器等。机舱柜触控屏主要显示机组实时状态，根据当前所发生的故障对机组进行控制，并且对实验数据进行管理以及上传。在实验过程中教师可以通过上位机对故障进行随机设置，并且对学生排查故障进行过程监控，上位机系统具有对实验内容，考核内容，实验进度控制，实验内容反馈，故障点随机任务等进行控制。系统连接模式:上位机系统通过以太网与主控柜链接，直接下发命令完成对机组故障的设置。

2.教学模式二

功能:本模式为机组运行模拟模式，该模式下学员可以通过操作风机控制柜对机械传动柜进行控制，完成机组运行控制策略，其中包含偏航、变桨、纽缆、机组运行、发电等部分。

组成:系统由风机控制柜，机械传动柜以及上位机系统组成。

特点及实验目的:独立运行：本实验模式下，系统完成机组运行模拟，学员可以对机组变桨、偏航、机组运行、发电进行单独控制，并且进行调节。机组控制柜上触控屏反应机组实时运行状态，并且可以对机组参数进行调整。本部分可以完成机组各个部分独立调实、整机调试和机组维护等功能。本教学模式下，每组系统完成的实验数据，均可以传送至上位机系统，教师不仅完成对学员实验进度及实验内容进行监控，同时可以收到实验报告，合理利用教学资源完成教学任务。本模式下学员需要对机组进行调试，包含对变桨系统，偏航系统，发电系统等相关系统的调试。目的是使学员可以在安装过程中清楚每个传感器对应的位置，同时在调试的过程中熟悉掌握故障点的设置范围。

3.教学模式三

功能:本模式为综合教学模式，在该模式下，学院可以对机组进行调试与运行，故障判断与处理，以及故障引起的机组动作和相关处理方法进行联动实验。

组成:系统由主控柜、机舱柜、传感器柜、机舱控制柜、机械传动柜以及上位机系统组成。

特点及实验目的:实验模式与考核模式：上位机系统具有对实验内容，考核内容，实验进度控制，实验内容反馈，故障点随机任务进行设置的功能。在考核模式下老师可在本系统中随机发布一个故障至主控柜，主控柜将对故障进行设置，并且把故障数据传输到风控控制柜中，机械传动柜将根据机组故障进行相应的动作。在此过程中学员将不仅能看到故障触发报警，还可以看到风机真是运行状态，让学生根据故障点代码和机组运行状态自行进行判断与分析，最终达到学员可以将该故障处理并且复位；在教学模式下老师可以对故障实验的内容进行进度控制，同时实时监控学生实验进度内容。机组调实运行：本模式下学员需要对机组进行调实，包含对变桨系统，偏航系统，发电系统等相关系统的调实。目的是使学员可以在调试过程中清楚每个传感器对应的位置，同时在调试的过程中熟悉掌握故障点的设置范围。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，其特征在于：包括：机械传动柜、风机控制柜、传感器柜、机舱柜、主控柜、上位机系统；其中，

机械传动柜，用于模拟实际风力发电机的变桨，偏航，发电，包括变桨系统、偏航系统、发电系统、机械传动柜端子，所述的变桨系统包括变桨系统Ⅰ、变桨系统Ⅱ、变桨系统Ⅲ；所述的变桨系统包括：变桨轴承、变桨电机、变桨编码器、变桨光电开关，所述的变桨轴承的内齿轮分别与变桨电机和变桨编码器的齿轮相啮合；所述的偏航系统包括偏航轴承、两个偏航电机、偏航光电开关，所述的偏航轴承的外齿轮分别与两个偏航电机的齿轮相啮合；所述的发电系统的电动机、变桨电机、变桨编码器、变桨光电开关、偏航电机、偏航光电开关均与所述机械传动柜端子连接；

风机控制柜，用于控制指导机械传动柜的运行，包括风机控制柜主控单元、电源模块、信号转换模块、检测模块、通讯模块、驱动器系统、互感器、风机控制柜端子、风机控制柜触控屏；所述风机控制柜主控单元分别与风机控制柜触控屏、驱动器系统、信号转换模块、变送器连接，所述检测模块、驱动器系统、信号转换模块均与通讯模块连接，所述互感器与检测模块连接；所述变桨光电开关通过机械传动柜端子和风机控制柜端子与风机控制柜主控单元连接，所述发电系统的电动机、变桨电机、偏航电机均通过机械传动柜端子和风机控制柜端子与驱动器系统连接，所述变桨编码器通过机械传动柜端子和风机控制柜端子与信号转换模块连接；

传感器柜，用于模拟真实风机的各种传感器的工作状态，包括模拟温度、压力、速度、风速风向、震动、位置；所述传感器柜包括：温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、风速仪、风向仪、按钮盒子Ⅰ、按钮盒子Ⅱ、航空灯、急停盒子、速度传感器、磁性传感器、震动传感器、偏角传感器、压力传感器、编码器Ⅰ、编码器Ⅱ、传感器柜加热器、传感器柜端子；

机舱柜，包括：温控器、隔离光栅、超速模块、机舱柜电池、机舱柜电池充电器、机舱柜主控单元、机舱柜加热器、软启动器、机舱柜端子、机舱柜触控屏；风机控制柜中的电池模块与机舱柜中的隔离光栅、超速模块、机舱柜电池充电器、机舱柜主控单元连接，提供直流电源；机舱柜中的电池充电器与机舱柜电池连接；机舱柜主控单元均与机舱柜电池、隔离光栅、超速模块、软启动器连接；温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ、按钮盒子Ⅰ、按钮盒子Ⅱ、航空灯、急停盒子、速度传感器、磁性传感器、震动传感器、偏角传感器、压力传感器通过传感器柜端子及机舱柜端子与机舱柜主控单元连接，风速仪、风向仪通过传感器柜端子、机舱柜端子、机舱柜中的隔离光栅与机舱柜主控单元连接，编码器Ⅰ、编码器Ⅱ通过传感器端子、机舱柜端子、机舱柜中的隔离光栅和超速模块与机舱柜主控单元连接；传感器柜加热器和机舱柜加热器均与机舱柜的温控器连接；

主控柜，包括：互感器、主控柜电池、电源、主控柜电池充电器、以太网交换机、传感器、主控柜主控单元Ⅰ、主控柜主控单元Ⅱ、温控装置、主控柜端子、主控柜加热器、主控柜触控屏；主控柜中：主控柜加热器与温控装置连接，传感器与主控柜主控单元Ⅰ、主控柜主控单元Ⅱ连接，主控柜触控屏与主控柜主控单元Ⅰ连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，其特征在于，所述的风机控制柜还包括断路器、变送器、继电器系统、逆变器、整流器。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，其特征在于，所述机舱柜还包括：断路器系统，两个浪涌保护器、继电器系统、热继电器、接触器系统；机舱柜主控单元与机舱柜中的浪涌保护器、继电器、热继电器、接触器系统连接。

4.根据权利要求1所述的风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，其特征在于，所述的机舱柜触控屏通过profinet总线与机舱柜主控单元连接。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组运行与故障诊断综合实验台，其特征在于，所述的机舱柜还包括机舱柜光纤交换机，所述的主控柜还包括主控柜光纤交换机，机舱柜主控单元通过机舱柜光纤交换机与主控柜光纤交换机连接、机舱柜中光纤交换机接受主控柜光纤交换机的信号实现通讯。