金风1.5机组变桨系统 下载本文

北京天源科创风电技术有限责任公司 BEIJING TIANYUAN CREATION WINDPOWER TECHNOLOGY CO.,LTD

NG5的外观如图2-3所示,左图为北京嘉昌生产的JF-CHARGER-60V-80A-VEN-J充电器,右图为意大利产的Zivan Battery Charger NG5充电器。

图2-3 充电器NG5

(三)其他元器件

1、主控制器贝福模块,主控制器由总线控制器BK3150、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块和SSI传感器检测模块组成,具有独立控制能力,并且负责向上位机PLC发送相关状态信息及运行参数,并且接收上位机PLC发送的各种指令。

2、变桨备电超级电容,超级电容由四组超级电容能量模块串联组成,每组能量模块的额定电压为16.2V,容值为500F。超级电容总的电容值为125F。

3、A10自制模块,通过电阻分压原理,将超级电容高低电压60V和30V的电压转换为KL3404允许输入的范围。

4、接近开关,利用铁性物质影响高频振荡电涡流的原理制作的电子开关。 5、24V电源模块,稳压模块,把60V的电压转换成稳定的24V给控制回路提供电源。 6、PT100温度传感器,铂的电阻值和温度具有良好的线性关系,该元件就是利用导体铂(pt)的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的元器件。

7、除此之外还有绝对式旋转编码器、各种辅助保护继电器等,这里就不一一叙述。

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三、控制原理

(一)变桨原理框图

自动/手动转换Pt100向90度变桨向0度变桨温度信号Profibus DP内外安全链信息交换90度限位开关87度接近开关0度接近开关贝福模块状态信息超级电容高低电压信号控制电源24V电源模块-1变桨命令状态信号A10自制模块电机转速反馈叶片桨距角变桨电机温度开关电源 NG5Q1超级电容U24V电源模块-2变桨逆变器AC2旋转编码器VW变桨电机电源电磁刹车电源电机刹车

图3-1 变桨原理框图

(二)变桨原理介绍

三相交流400V经过NG5充电电源,整流输出60V,80A,给超级电容充电,NG5的投入与切出完全取决于超级电容的电压,超级电容的高低电压经过A10自制模块处理后送给贝福模块KL3404。主控器计算出超级电容的高低电压,只要检测到超级电容高电压低于55V(58V),就以80A恒流输出;只要电容电压达到60V就断开。充电器和超级电容构成一个闭环的自动控制电路,始终保持超级电容有60V的电压,同时当来自滑环的

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电网电压掉电时,超级电容作为备用电源直接给变桨控制系统和逆变器AC2供电,保证变桨电控系统正常工作,执行停机动作。

超级电容的输出直接接入变桨变频器AC2和DC/DC24V电源模块,AC2变频器根据控制器的指令输出三相29V,频率为0.6到56Hz的交流电到电枢绕组中,驱动变桨电机以不同的转速和转向旋转,通过变桨减速器拉动齿形带带动变桨盘使叶片向不同方向转动,达到变桨的目的。控制器通过变桨电机内的绝对式旋转编码器实时检测叶片的角度,并且旋转编码器还将叶片变桨的方向和速度实时反馈给变桨逆变器AC2,AC2根据控制器发送的变桨指令和反馈的实时数据进行变桨的自我调节。

变桨控制系统中BC3150作为智能从站使用,每个变桨柜内的分布式I/O通过PROFIBUS DP总线,向上位机PLC发送相关状态信息及运行参数,并且接收上位机PLC发送的各种指令,包括各种停机指令。考虑到变桨系统出现故障时,可能无法从主控制器接受停机指令,或者停机信号,所以BC3150内部有控制程序,变桨系统出现故障,并且无法接收上位机PLC发送的停机指令时,还能自主控制变桨系统进行顺桨停机。

四、典型故障分析

(一)变桨逆变器OK信号丢失故障分析

在金风1500kW风力发电机组变桨系统的故障中,“变桨逆变器OK信号丢失”故障的出现较为频繁,这里就对该故障出现的原因进行简单分析。 1、变桨逆变器OK信号形成及检测过程

变桨逆变器AC2本身具有强大的自我诊断功能,它的微控制器实时监视AC2的工作情况。看门狗电路,输出输入电流、电压、内部接触器驱动、逆变器温度、变桨电机温度、can_bus、启动过程报警、旋编故障等外部或者内部信号有任何异常时,AC2的微控制器就会报出逆变器OK信号丢失。

变桨逆变器OK信号以规律的脉冲从变桨逆变器AC2的A3(PCL TXD)和A4(NCL TXD)端口,引线到A10的x4a:7、x4a:8两个端口,输入A10上光电耦合器,以光电隔离的方式,将结果输入到A2模块 KL1104的1号端口(如图4-1所示),端口指示灯会有规律的闪烁,最后传递给BC3150。

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R111MA3(PCL TXD)A4(NCL TXD)U1x4a:7x4a:8R1047KL1104x4b:7+24V一号通道

图4-1 AC2_OK信号检测流程

4N252、变桨逆变器OK信号丢失原因

机组如果报变桨逆变器OK信号丢失故障,叶片死在报故障时的位置,连接该机组就地监控可以发现对应的信号灯在闪烁。但是由于通讯延迟等原因,在就地监控上看到的闪烁频率与变桨柜内A2模块KL1104一号通道的状态灯闪烁频率不一致,必须进机组现场检查。进入轮毂后不要断开Q1,否则故障有可能在断电上电重启后暂时消失,导致无法通过状态灯闪烁频率判断故障点,所以需要先观察A2模块KL1104 一号通道的状态灯的闪烁频率,对应闪烁频率,查找AC2故障说明,可以找出相应的故障点。

(1)闪烁频率为1时,表明AC2检测到逻辑故障。如超级电容电压发生突变,看门狗复位,EEPROM,等都能触发该类故障的发生。

超级电容损坏或者质量问题,可能会发生电压跳变,导致报出此故障,此时必须要更换超级电容。在充电器损坏时,并联的超级电容正负极的充电器输出端可能出现瞬间短路,导致逆变器检测到超级电容电压突变,也报出此故障,同时也报出超级电容高电压故障,更换NG5后此故障也排除。

除了上述两种情况,一般该类故障发生时,正常的断电复位后可以解决此问题。 (2)闪烁频率为2时,表明AC2接收到不正确的启动命令,或者正反相的速度同时给定。不正确的启动顺序,制动开关未打开,以及同时正反向进行速度给定,都容易导致该故障的发生。该故障的发生率是最高的。

输入接口E1接线端子是设定AC2变桨速度的,只能接收0-10V的模拟电压信号,如果主控制器的KL4001损坏,输出信号超出AC2的输入范围,导致AC2接收到不正确的启动命令,就会报此故障。此时更换KL4001模块既可。

变桨时,主控制器给AC2一个变桨电机的旋转速度和方向的信号,同时,变桨电机会通过旋转编码器反馈变桨电机旋转方向的信号给AC2,如果旋转编码器损坏,反馈信号出现差错也会报此故障。这时需要更换旋转编码器。

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变频器与电机的电缆由于绝缘磨损短路,或者电机内部短路,电机过载出现电机卡死等也会报此故障。首先通过就地监控面板观察变桨电机的温度和变桨时的速度,如果温度过高或者变桨速度比另外两个变桨速度慢,就必须登机进入轮毂,就地仔细检查连接电缆,并且手动变桨测试电机好坏,在变桨时仔细听变桨电机和叶片轴承是否有异常声音,如果变桨电机出现问题需更换变桨电机。

(3)闪烁频率为3时,相电压充电失败。可能是电机与变频器连接虚接,连接不可靠,或连接电缆断裂,或者电机内部开路。需要更换连接电缆和检查变桨电机。

(4)闪烁频率为4时,加速度故障。

(5)闪烁频率为5时,表明AC2内部电压电流检测环节发生故障。重启AC2任然报此故障需更换AC2变频器。

(6)闪烁频率为6时,AC2内部接触器驱动故障。重启AC2任然报此故障需更换AC2变频器。

(7)闪烁频率为7时,AC2变频器内部检测到过温故障。

(8)闪烁频率为8时,CAN-BUS总线故障。达坂城现在运行的变桨系统没有使用AC2的CAN-BUS总线。

故障灯一直亮,超级电容电压低。未出现该故障时,主控已近报超级电容高电压故障,更换充电器后,故障自动消失。 (二)充电器NG5损坏原因分析及整改建议

天风达坂城运行的金风1500kW风力发电机组变桨系统的故障中,充电器NG5是变桨系统中更换是最为频繁的元器件。充电器NG5损坏后不能为变桨备电超级电容充电,变桨充电器工作正常的反馈信号丢失,系统报变桨充电器反馈丢失故障,机组执行紧急停机。有时充电器的OK信号并不会丢失,随着变桨控制系统不断消耗备电,超级电容的电压不断下降,当系统检测到超级电容的电压低于55V(58V)5秒后,会报出超级电容高电压故障,机组执行正常停机。严重时由于NG5损坏造成输入到NG5内部的400V短路,机舱电源回路的断路器跳闸,机舱电源回路断路器反馈丢失,系统报机舱熔断器反馈丢失,机组执行快速停机。

自入职来有四个月了,天风达坂城项目三期、四期就更换了十几个,不但增加维护

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