兆瓦級風(fēng)電變漿距自動控制系統(tǒng)故障診斷

許繼電氣風(fēng)電控制技術(shù)研發(fā)中心 張舉良 陶學(xué)軍

許繼集團(tuán)有限公司 馬儀成

兆瓦級風(fēng)電變漿距自動控制系統(tǒng)故障診斷

許繼電氣風(fēng)電控制技術(shù)研發(fā)中心 張舉良 陶學(xué)軍

許繼集團(tuán)有限公司 馬儀成

當(dāng)前，由于環(huán)保和節(jié)能減排的需要以及風(fēng)電技術(shù)本身的發(fā)展和完善，風(fēng)電在我國的應(yīng)用越來越廣泛，應(yīng)用前景也越來越廣闊。眾所周知的是對風(fēng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的維修和檢修成本高且困難多。對風(fēng)機(jī)故障的快速查找和準(zhǔn)確定位不但有益于維修，還能提高風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運營效益。隨著風(fēng)電控制技術(shù)的不斷發(fā)展，參考其他領(lǐng)域的故障定位方法，結(jié)合風(fēng)電控制系統(tǒng)的自身特點，本文提出一種可以快速、方便、準(zhǔn)確地定位風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障的信息流故障診斷方法。

一、變槳距系統(tǒng)簡介

變槳距系統(tǒng)應(yīng)用于兆瓦及以上風(fēng)機(jī)電動調(diào)槳和啟動剎車。系統(tǒng)接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)指令，實時調(diào)節(jié)槳距角，降低機(jī)組所承受的載荷水平，達(dá)到機(jī)組的最優(yōu)運行和安全運行。依據(jù)主控要求自動啟動、自動調(diào)槳、自動順槳等。如通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)下發(fā)速度、加速度及變槳角指令進(jìn)行變槳距控制。變槳距系統(tǒng)應(yīng)自動在整個變槳范圍內(nèi)工作正常，并同步槳葉，控制風(fēng)機(jī)滿足要求。常見的7柜電動控制方案包括中央控制柜、電機(jī)、驅(qū)動柜、電池柜、安全鏈系統(tǒng)和通訊接口（通過滑環(huán)連接到主控）等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 變槳距系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

二、故障信息分類

變槳距系統(tǒng)常見故障信息可分為2類：預(yù)告報警類和觸發(fā)安全鏈類。預(yù)告報警類包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息等。如驅(qū)動柜230V供電異常、溫度斷線。觸發(fā)安全鏈類包括：驅(qū)動器故障、通訊異常等。如心跳異常、安全鏈24V失電。預(yù)告報警一般不影響系統(tǒng)的主要功能，出現(xiàn)此類故障時變槳距系統(tǒng)本身不作處理，只把故障信息主動送往主控系統(tǒng)，由主控系統(tǒng)判斷是否采取措施、何時采取措施及采取何種措施，在采取措施前允許系統(tǒng)正常運行。觸發(fā)安全鏈類信息若不處理將會造成巨大的損失和嚴(yán)重后果，出現(xiàn)此類故障時變漿距系統(tǒng)本身應(yīng)該根據(jù)具體故障采取預(yù)定的處理方案，自動下發(fā)處理指令，控制系統(tǒng)采取預(yù)定緊急措施，并把故障信息優(yōu)先主動上傳至主控系統(tǒng)。如出現(xiàn)異常時變槳系統(tǒng)將不會接收主控的調(diào)槳指令甚至接收錯誤的指令，使風(fēng)機(jī)的槳葉不可控，在風(fēng)速大時會出現(xiàn)過載，甚至風(fēng)機(jī)倒塌的情況，此時變槳距系統(tǒng)應(yīng)立即由后備電池驅(qū)動調(diào)槳電機(jī)緊急停機(jī)并上傳故障信息。

三、故障診斷分析方法

風(fēng)機(jī)使用壽命長達(dá)20年，在運行過程中難免出現(xiàn)各種故障，在出現(xiàn)故障時我們?nèi)绾慰焖佟?zhǔn)確的定位故障，分析故障的真正起因，為采取正確的處理措施提供有力的決策依據(jù)是擺在我們面前的重大課題。

一般的故障診斷系統(tǒng)包含2個方面：信息采集和故障模型。根據(jù)實時采集的信息和歷史運行信息，參照故障模型，就可以自動、快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行故障定位，繼而采取正確的后繼處理措施，所以建立變漿距系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)，首要任務(wù)就是分析需要采集哪些實時信息、存儲哪些歷史信息，建立各種典型常見故障的故障模型。出現(xiàn)故障時我們首先看故障信息和現(xiàn)象，然后建立和查找信息流圖，找到相應(yīng)的故障回路，確定可能的故障點。此方法類似畫電路圖一樣畫出相關(guān)故障信息流突，下邊舉例來說明。

1.限位開關(guān)誤觸發(fā)。槳葉位置不在限位位置限位開關(guān)觸發(fā)，則為限位開關(guān)誤觸發(fā)。每個槳葉在順槳位置設(shè)置了2個限位開關(guān)，即91°和96°限位開關(guān)，其相關(guān)信息繪圖如圖2所示，由后備電池作為電源，通過電源總開關(guān)4Q1及微斷引入到限位開關(guān)中，并由限位開關(guān)繼電器采集限位開關(guān)狀態(tài)反饋到控制器中。

圖2 限位開關(guān)信息流

出現(xiàn)在非限位位置限位開關(guān)觸發(fā)，若系統(tǒng)方便檢查的話沿著回路最多只需借助萬用表進(jìn)行檢查就可找到故障原因。否則首先觀測系統(tǒng)信息，做出初步判斷。若只有91°或者96°限位開關(guān)當(dāng)中的一個觸發(fā)，則能確定是次限位開關(guān)故障或限位開關(guān)繼電器故障需要檢修（如輪轂有異物需打掃）或更換，若是91°和96°限位開關(guān)都誤觸發(fā)，則可能的故障為：電源電壓過低，不能驅(qū)動繼電器；電源總開關(guān)4Q1斷開；微斷沒合上；回路斷線或接觸不良；限位開關(guān)故障；限位開關(guān)繼電器故障。

系統(tǒng)中控制器直接采集了限位開關(guān)繼電器（91°、96°限位開關(guān)）和微斷（驅(qū)動器216VDC失電）的信息，若微斷正常，再通過相關(guān)信息判斷直流電源和電源總開關(guān)4Q1的狀態(tài)，直流電源通過直流電壓監(jiān)視器和充電器節(jié)點判斷其是否正常，電源總開關(guān)4Q1的狀態(tài)通過充電器節(jié)點充電回路斷線來判斷，回路接觸不良信息將會不止一次的出現(xiàn)，這樣不能確定只剩下限位開關(guān)故障、限位開關(guān)繼電器故障或回路斷線，回路部分全在驅(qū)動柜內(nèi)部，一般不會損壞，限位開關(guān)繼電器一般也不會2個同時出現(xiàn)故障，在輪轂內(nèi)有塵物2個限位開關(guān)同時損壞的情況也不經(jīng)常出現(xiàn)，利用這些信息我們將很容易地在遠(yuǎn)方判斷、分析和定位故障。針對以上問題我們應(yīng)采取以下應(yīng)對措施：若是電源電壓過低，不能驅(qū)動繼電器，可控制對電池充電，若還不行則更換電池；若電源總開關(guān)4Q1斷開，合上。微斷沒合上，合上；若回路斷線或接觸不良，更換或緊固電纜線；若限位開關(guān)故障，維修或更換限位開關(guān)；若限位開關(guān)繼電器故障，更換繼電器。

2.編碼器位置不變。編碼器是完成測量電機(jī)、槳葉旋轉(zhuǎn)角位移，用以控制槳葉旋轉(zhuǎn)的角度的關(guān)鍵器件，若其位置不變，則將缺乏槳葉調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行調(diào)槳就無任何意義，故若出現(xiàn)此類情況需要切斷安全鏈按，由電池驅(qū)動調(diào)槳電機(jī)順槳。根據(jù)其信息流繪制編碼器信息流圖，如圖3所示。編碼器經(jīng)過電纜線接口送至驅(qū)動器，驅(qū)動器又通過接線端子和電纜線接口經(jīng)連接線送入控制器。

此信息流節(jié)點較多，且過程中多為控制器也沒有進(jìn)行監(jiān)測的點，若出現(xiàn)編碼器位置不變，需要根據(jù)信息流圖來判斷檢測。

圖3 編碼器信息流

四、結(jié)束語

以上介紹的幾種信息流故障診斷方法，已在FJK-510變槳距系統(tǒng)上得到了實際的檢驗和運用，并且取得了良好的效果，此方法不僅可以應(yīng)用于風(fēng)電領(lǐng)域的故障診斷，也可以用在其他類似的系統(tǒng)中。