CN217761192U - 一种风力发电机组防飞车装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种风力发电机组防飞车装置，该装置由四条支路并联连接而成；接近开关与脉冲频率继电器的线圈串联构成第一条支路；脉冲频率继电器的常开触点与第一继电器的常开触点并联后，与第一继电器的线圈串联构成第二条支路；脉冲频率继电器的常开触点与延时断开继电器的线圈串联构成第三条支路；第一继电器的两位触点，与延时断开继电器的常开触点和风机控制开关的并联电路，以及第二继电器的线圈串联构成第四条支路；第二继电器在处于接通状态时启动电机带动齿轮转动，直至叶轮所在平面与风向成90度夹角。本申请能够通过调整叶轮所在平面与风向夹角的方式，控制机组偏离风向，降低风机转速，避免安全事故发生，提高风机安全性。

Description

一种风力发电机组防飞车装置

技术领域

本申请涉及风力发电技术领域，尤其是涉及一种风力发电机组防飞车装置。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，其蕴量巨大，全球的风力发电产业正处于高速发展阶段。随着风电装机的快速增长，以及机组成本的不断压缩，风机安全事故的发生频次逐年增多，常见事故包括飞车和倒塔。风力发电机组发电的过程为：将风能转化为机械动能，再将机械动能转化电能。风能转化为机械动能的转化率是可控的，对于大多数机组，基于叶片桨角控制转化率。但是，一旦风速过快导致失控，机组吸收的动能快速增加，极易导致飞车倒塔事故的发生。

现阶段，为了保障机组安全，风力发电机组中设有安全回路，安全回路的输入由超速、振动、看门狗等常闭节点串联而成，安全回路的输出为触发变桨系统的紧急顺桨，变桨系统接收到紧急顺桨指令后，执行快速顺桨动作，安全停机。

但是，如果安全回路出现部件老化失效、线路变更、不当维护等问题，将无法起到保护作用，尤其是变桨系统，作为安全保护的执行机构，一旦发生故障，不能执行变桨动作，将造成严重事故。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种风力发电机组防飞车装置，能够在检测到风机超速时，通过调节叶轮所在平面与风向夹角的方式，控制机组偏离风向，降低风机转速，有效避免安全事故的发生，提高风机的安全性，且此降速过程为自动完成，无需工作人员参与，节省了人力资源。

第一方面，本申请实施例提供了一种风力发电机组防飞车装置，所述装置由多条支路并联组成，包括：接近开关、脉冲频率继电器、第一继电器、延时断开继电器、风机控制开关、第二继电器；

所述接近开关与所述脉冲频率继电器的线圈串联构成第一条支路；

所述脉冲频率继电器的常开触点与所述第一继电器的常开触点并联后，与所述第一继电器的线圈串联构成第二条支路；

所述脉冲频率继电器的常开触点与所述延时断开继电器的线圈串联构成第三条支路；

所述第一继电器的两位触点，与所述延时断开继电器的常开触点和所述风机控制开关的并联电路，以及所述第二继电器的线圈串联构成第四条支路；其中，所述第二继电器用于在处于接通状态时启动电机带动齿轮转动，直至叶轮所在平面与风向成90度夹角；

所述第一条支路、所述第二条支路、所述第三条支路、所述第四条支路并联连接。

在一种可能的实施方式中，所述接近开关安装在风力发电机组主轴处，用于测量主轴转速，并将主轴转速的脉冲方波信号发送给所述脉冲频率继电器；

所述脉冲频率继电器安装在风力发电机组机舱控制柜内，用于将所述主轴转速的脉冲方波信号转换成脉冲频率，并在所述脉冲频率大于预设的脉冲频率上限值时，吸合所述脉冲频率继电器的常开触点；

所述第一继电器安装在风力发电机组机舱控制柜内，用于在所述脉冲频率继电器的常开触点处于吸合状态时，吸合所述第一继电器的常开触点，且所述第一继电器具有自锁回路；

所述延时断开继电器安装在风力发电机组机舱控制柜内，用于在所述脉冲频率继电器的常开触点处于吸合状态时，吸合所述延时断开继电器的常开触点，在经过延时时间后，断开处于吸合状态的所述延时断开继电器的常开触点；

所述第二继电器，用于在所述第一继电器的常开触点处于吸合状态，且所述延时断开继电器的常开触点处于吸合状态时，处于接通状态。

在一种可能的实施方式中，所述延时断开继电器的延时时间通过如下公式确定：

t＝90/v，其中，t为延时时间，v为偏航速度，v的单位为度。

在一种可能的实施方式中，经过延时时间后，叶轮所在平面与风向成90度夹角；

所述第二继电器，用于在所述延时断开继电器的常开触点由吸合状态切换为常开状态时，关闭处于运行状态的所述电机。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括报警设备；

所述第二继电器，还用于在处于接通状态时启动报警设备，在经过延时时间后，关闭报警设备。

本申请实施例提供的风力发电机组防飞车装置，能够在检测到风机超速时，通过调节叶轮所在平面与风向夹角的方式，控制机组偏离风向，降低风机转速，有效避免安全事故的发生，提高风机的安全性，且此降速过程为自动完成，无需工作人员参与，节省了人力资源。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种风力发电机组防飞车装置的电气原理图；

图2示出了本申请实施例提供的一种风力发电机组防飞车装置的控制流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

风能作为一种清洁的可再生能源，其蕴量巨大，全球的风力发电产业正处于高速发展阶段。随着风电装机的快速增长，以及机组成本的不断压缩，风机安全事故的发生频次逐年增多，常见事故包括飞车和倒塔。风力发电机组发电的过程为：将风能转化为机械动能，再将机械动能转化电能。风能转化为机械动能的转化率是可控的，对于大多数机组，基于叶片桨角控制转化率。但是，一旦风速过快导致失控，机组吸收的动能快速增加，极易导致飞车倒塔事故的发生。

现阶段，为了保障机组安全，风力发电机组中设有安全回路，安全回路的输入由超速、振动、看门狗等常闭节点串联而成，安全回路的输出为触发变桨系统的紧急顺桨，变桨系统接收到紧急顺桨指令后，执行快速顺桨动作，安全停机。

但是，如果安全回路出现部件老化失效、线路变更、不当维护等问题，将无法起到保护作用，尤其是变桨系统，作为安全保护的执行机构，一旦发生故障，不能执行变桨动作，将造成严重事故。

基于上述问题，本申请实施例提供了一种风力发电机组防飞车装置，能够在检测到风机超速时，通过调节叶轮所在平面与风向夹角的方式，控制机组偏离风向，降低风机转速，有效避免安全事故的发生，提高风机的安全性，且此降速过程为自动完成，无需工作人员参与，节省了人力资源。

针对以上方案所存在的缺陷，均是发明人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本申请针对上述问题所提出的解决方案，都应该是发明人在本申请过程中对本申请做出的贡献。

下面将结合本申请中附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

为便于对本实施例进行理解，首先对本申请实施例所公开的一种风力发电机组防飞车装置进行详细介绍。

参见图1所示，图1为本申请实施例提供的一种风力发电机组防飞车装置的电气原理图，该装置由多条支路并联组成，包括：接近开关、脉冲频率继电器、第一继电器、延时断开继电器、风机控制开关、第二继电器；

所述接近开关与所述脉冲频率继电器的线圈串联构成第一条支路；

所述脉冲频率继电器的常开触点与所述第一继电器的常开触点并联后，与所述第一继电器的线圈串联构成第二条支路；

所述脉冲频率继电器的常开触点与所述延时断开继电器的线圈串联构成第三条支路；

所述第一继电器的两位触点，与所述延时断开继电器的常开触点和所述风机控制开关的并联电路，以及所述第二继电器的线圈串联构成第四条支路；其中，所述第二继电器用于在处于接通状态时启动电机带动齿轮转动，直至叶轮所在平面与风向成90度夹角；

所述第一条支路、所述第二条支路、所述第三条支路、所述第四条支路并联连接。

在图1中，S1为接近开关，K1为脉冲频率继电器，K2为第一继电器，TDK1为延时断开继电器，Q1为风机控制开关，K3为第二继电器。

在风力发电机组运行时，在叶轮完全对准风向时风能吸收最大，当偏离风向后，风能利用系数呈减小趋势，侧向对风90度时，风能利用率基本为零。在发生超速飞车后，使机组偏离风向可减小风能吸收，进而使风机转速下降到安全转速以下。

本申请实施例中，采用第二继电器启动电机带动齿轮转动，直至叶轮所在平面与风向成90度夹角，进而使风机转速下降到安全转速以下，保障风机运行安全。

进一步的，本申请实施例提供的一种风力发电机组防飞车装置中，所述接近开关安装在风力发电机组主轴处，用于测量主轴转速，并将主轴转速的脉冲方波信号发送给所述脉冲频率继电器。

所述脉冲频率继电器安装在风力发电机组机舱控制柜内，用于将所述主轴转速的脉冲方波信号转换成脉冲频率，并在所述脉冲频率大于预设的脉冲频率上限值时，吸合所述脉冲频率继电器的常开触点。

所述第一继电器安装在风力发电机组机舱控制柜内，用于在所述脉冲频率继电器的常开触点处于吸合状态时，吸合所述第一继电器的常开触点，且所述第一继电器具有自锁回路。

所述延时断开继电器安装在风力发电机组机舱控制柜内，用于在所述脉冲频率继电器的常开触点处于吸合状态时，吸合所述延时断开继电器的常开触点，在经过延时时间后，断开处于吸合状态的所述延时断开继电器的常开触点。

所述第二继电器，用于在所述第一继电器的常开触点处于吸合状态，且所述延时断开继电器的常开触点处于吸合状态时，处于接通状态。

参见图2所示，图2为本申请实施例提供的一种风力发电机组防飞车装置的控制流程示意图，接近开关用于测量转速，脉冲频率继电器用于判断是否超速，如果没有超速，风机正常偏航，如果超速，启动应急偏航，在启动应急偏航的过程中，实时判断应急偏航是否到时，如果没有，继续应急偏航，如果已到时，中断应急偏航。

具体的，接近开关感应机组主轴的旋转，产生脉冲方波信号，并将方波信号输入到脉冲频率继电器K1。K1内固化有一个与超速转速相对应的脉冲频率f，f＝v_max/(n*60)，v_max为预设的超速转速，n为每转脉冲数，n与机组结构相关，f为脉冲频率上限值，当接近开关采集的脉冲方波信号的脉冲频率大于f时，确定机组超速，此时，脉冲频率继电器K1接通。脉冲频率继电器K1的输出给到第一继电器K2和延时断开继电器TDK1，在风电机组处于正常运行状态(不超速)时，第一继电器K2不吸合，脉冲频率继电器K1接通后第一继电器K2吸合，且第一继电器K2具有自锁回路。在风电机组处于正常运行状态(不超速)时，延时断开继电器TDK1不吸合，脉冲频率继电器K1接通后延时断开继电器TDK1吸合，此时，第一继电器K2吸合且延时断开继电器TDK1吸合，在图1的第四支路中，第一继电器K2的两位触点由右侧通路变为左侧通路，延时断开继电器的常开触点TDK1吸合，第二继电器K3接通，切换防飞车偏航回路，第二继电器K3启动电机带动齿轮转动，开始调整叶轮所在平面与风向的角度，延时断开继电器TDK1的延时时间t＝90/v，其中，v为偏航速度，延时时间结束时，叶轮所在平面与风向成90度夹角，此时，风能利用率基本为零，能够使风机转速下降到安全转速以下，保障风机运行安全，在延时时间结束时，延时断开继电器TDK1的常开触点由吸合状态恢复至常开状态，第二继电器控制电机停机，使叶轮所在平面与风向保持在90度夹角。

需要说明的是，在经过延时时间后，切断防飞车偏航回路，但此时由于第一继电器K2具有自锁回路，第一继电器K2仍处于接通状态，需要工作人员手动进行处理。

这里，第一继电器、第二继电器均为普通继电器，能够实现线圈通电时常开触点吸合功能的继电器均可。

进一步的，风力发电机组防飞车装置还包括报警设备；

所述第二继电器，还用于在处于接通状态时启动报警设备，在经过延时时间后，关闭报警设备。

在风电机组超速时，切换至防飞车偏航回路，此时需要人为处理故障，因此，在风力发电机组防飞车装置中添加了报警设备，在机组超速时，启动报警设备，在叶轮所在平面与风向成90度夹角时，关闭报警设备，以使工作人员及时发现险情，及时进行处理。

本申请实施例提供的风力发电机组防飞车装置，能够在检测到风机超速时，通过调节叶轮所在平面与风向夹角的方式，控制机组偏离风向，降低风机转速，有效避免安全事故的发生，提高风机的安全性，且此降速过程为自动完成，无需工作人员参与，节省了人力资源。

实际中，采用特定的安全回路防止风机飞车，本申请实施例通过调节叶轮所在平面与风向夹角的方式，减少风机吸收的动能，运用风机原有的设备降低转速，无需安装额外的安全回路，相应的，无需对外加的安全回路进行质检，避免在安全回路发生故障时，无法实现防飞车操作，采用风机原有设备完成防飞车操作，安全性更高。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种风力发电机组防飞车装置，其特征在于，所述装置由多条支路并联组成，包括：接近开关、脉冲频率继电器、第一继电器、延时断开继电器、风机控制开关、第二继电器；

所述接近开关与所述脉冲频率继电器的线圈串联构成第一条支路；

所述脉冲频率继电器的常开触点与所述第一继电器的常开触点并联后，与所述第一继电器的线圈串联构成第二条支路；

所述脉冲频率继电器的常开触点与所述延时断开继电器的线圈串联构成第三条支路；

所述第一继电器的两位触点，与所述延时断开继电器的常开触点和所述风机控制开关的并联电路，以及所述第二继电器的线圈串联构成第四条支路；其中，所述第二继电器用于在处于接通状态时启动电机带动齿轮转动，直至叶轮所在平面与风向成90度夹角；

所述第一条支路、所述第二条支路、所述第三条支路、所述第四条支路并联连接。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组防飞车装置，其特征在于，

所述接近开关安装在风力发电机组主轴处，用于测量主轴转速，并将主轴转速的脉冲方波信号发送给所述脉冲频率继电器；

所述脉冲频率继电器安装在风力发电机组机舱控制柜内，用于将所述主轴转速的脉冲方波信号转换成脉冲频率，并在所述脉冲频率大于预设的脉冲频率上限值时，吸合所述脉冲频率继电器的常开触点；

所述第一继电器安装在风力发电机组机舱控制柜内，用于在所述脉冲频率继电器的常开触点处于吸合状态时，吸合所述第一继电器的常开触点，且所述第一继电器具有自锁回路；

所述延时断开继电器安装在风力发电机组机舱控制柜内，用于在所述脉冲频率继电器的常开触点处于吸合状态时，吸合所述延时断开继电器的常开触点，在经过延时时间后，断开处于吸合状态的所述延时断开继电器的常开触点；

所述第二继电器，用于在所述第一继电器的常开触点处于吸合状态，且所述延时断开继电器的常开触点处于吸合状态时，处于接通状态。

3.根据权利要求1所述的风力发电机组防飞车装置，其特征在于，所述延时断开继电器的延时时间通过如下公式确定：

t＝90/v，其中，t为延时时间，v为偏航速度，v的单位为度。

4.根据权利要求2所述的风力发电机组防飞车装置，其特征在于，经过延时时间后，叶轮所在平面与风向成90度夹角；

所述第二继电器，用于在所述延时断开继电器的常开触点由吸合状态切换为常开状态时，关闭处于运行状态的所述电机。

5.根据权利要求2所述的风力发电机组防飞车装置，其特征在于，所述装置还包括报警设备；

所述第二继电器，还用于在处于接通状态时启动报警设备，在经过延时时间后，关闭报警设备。

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