潮流能發(fā)電機組變槳通信故障分析及處理

唐江豐，李邦興，孫東旭

（固安華電天仁控制設(shè)備有限公司，河北廊坊 065500）

0 引言

CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）是目前惟一具有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線，在工業(yè)通信中得到廣泛的應(yīng)用[1]。

CAL（CAN Application Layer）協(xié)議是基于CAN 的高層通信協(xié)議的一種，最早由Philips（飛利浦公司）設(shè)備部門指定。現(xiàn)在CAL 由獨立的CAN 用戶和制造商集團CiA（CAN in Automation）協(xié)會負責(zé)管理、發(fā)展和推廣。CANopen 是在CAL 基礎(chǔ)上開發(fā)的，使用了CAL 通信和服務(wù)協(xié)議子集，是提供分布式控制系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方案。

1 潮流能變槳系統(tǒng)

潮流能資源是可再生清潔能源之一，并且我國沿岸海島附近蘊藏豐富[2]。水平軸海洋能發(fā)電的相關(guān)研究起步較晚，發(fā)電機組的發(fā)電功率也較小，且為定槳距系統(tǒng)。隨著海洋能發(fā)電機組的裝機容量從小到大，小槳葉向大槳葉逐漸發(fā)展，定槳距系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足海洋能發(fā)電機組的控制要求。

變槳系統(tǒng)是大型潮流能機組安全運行的主要電氣部件之一，根據(jù)發(fā)電機組所處環(huán)境的潮流狀況，改變?nèi)~片的槳距角，從而達到調(diào)節(jié)潮流能發(fā)電機組輸出功率和保護機組的目的。

2 常見故障分析及處理

采用CANopen 通信是潮流能發(fā)電機組現(xiàn)場總線通信的重要應(yīng)用方式之一。變槳系統(tǒng)安裝于輪轂之內(nèi)，通過滑環(huán)接入到主控制器的CANopen 主站節(jié)點上。在潮流能發(fā)電機組并網(wǎng)發(fā)電時，出現(xiàn)與變槳的通信故障即引起變槳系統(tǒng)緊急順槳到安全位置，機組停機。

2.1 故障原因分析

CANopen 的通信質(zhì)量一般與通信線纜的材質(zhì)結(jié)構(gòu)特性、總線電纜節(jié)點數(shù)、分支電纜長度、主干線長度、通信速率間有直接關(guān)系。此外，在潮流能發(fā)電機組的應(yīng)用上，影響主控制器與變槳系統(tǒng)通信質(zhì)量的因素還有以下6 個方面：①PLC 主站、從站的通信模塊；②線纜插頭不牢靠，插針損壞、固定不穩(wěn)；③滑環(huán)內(nèi)部受污染或質(zhì)量問題引起的接觸不良；④動力線路干擾；⑤布線等安裝工藝；⑥浪涌保護器問題等。

2.2 故障案例分析

某潮流能發(fā)電廠，其中一臺發(fā)電機組在發(fā)電運行模式下變槳系統(tǒng)CANopen 多次閃斷甚至掉線。報通信中斷故障后，緊急順槳到安全位置停機。

分析認為，主控制器到變槳系統(tǒng)的CANopen 通信線路較長（約60 m），其通信線路屏蔽層僅單端接地，且與發(fā)電機的輸出線路布置在同一線槽內(nèi)，因此在機組接近滿發(fā)時，發(fā)電機輸出線路通過的電流大，致使CANopen 通信線路受到了較大的電磁干擾，直接導(dǎo)致主控與變槳系統(tǒng)通信中斷而順槳停機（圖1）。

針對上述原因，對該CANopen 通信線路采取了相應(yīng)處理措施。即在原線路基礎(chǔ)上新增了3 處屏蔽接地（圖2）。處理后故障不再出現(xiàn)，證明采取的措施有效。

圖1 處理前的變槳系統(tǒng)CANopen 原理

圖2 處理后的變槳系統(tǒng)CANopen 原理