淺談金風2.5WM機組安全鏈系統及其典型故障研究

劉 歡，邢海軍，張佛詳

(國華(哈密)新能源有限公司，新疆 哈密 839000)

1 金風2.5WM機組安全鏈系統元器件介紹

金風2.5WM機組安全鏈系統以“失效—保護”的反邏輯原則進行設計[1]，將緊急停機按鈕、PLC急停信號、偏航扭纜開關、振動開關、超速模塊、變槳內部安全鏈可能對機組造成嚴重傷害的故障節點串聯在一條回路上，其中任意節點發生故障，機組立刻緊急停機，并使主控系統和變槳系統處于閉鎖狀態，從而最大限度地保證機組的安全[2]。

1.1 緊急停機按鈕

當按下緊急停機按鈕時必須要保證機組能夠立刻停機，因此金風2.5WM機組將主控系統急停按鈕、機艙系統急停按鈕作為重要故障節點串聯在安全鏈上，當急停按鈕被按下時會觸發安全鏈，機組立刻停機以保護設備與人員安全。

1.2 PLC急停信號

金風2.5WM機組控制系統采用的是德國倍福PLC模塊，PLC模塊每個掃描周期按照從上到下從左往右的順序依次掃描程序，當PLC程序陷入死循環時，會報出看門狗錯誤(掃描周期超過500ms)。當程序陷入死循環，PLC模塊不能發出控制指令，因此將PLC急停信號串聯在安全鏈中，保證故障發生時能夠立刻停機保護機組安全。

1.3 偏航扭纜開關

金風2.5WM機組通過凸輪計數器計算偏航行程，在機組調試時偏航角度一般設置在±800°，當偏航角度超過±800°時機組將自行解纜，機組允許的偏航極限角度為±900°，超過此角度則線纜存在被扭斷的情況。偏航扭纜開關安裝在凸輪計數器中，為偏航角度的極限開關，因此將其串聯在安全鏈中，保護機組線纜安全。

1.4 振動開關

機組長時間振動有可能導致塔筒連接螺栓松動，塔基損傷，機艙柜內電氣元件接線松動等危害。塔筒連接螺栓松動與塔基損傷可能使機組的抗風能力降低，容易發生倒塌事故，影響機組與人員安全。機艙柜內電器元件接線松動，有可能引起不必要的故障，也嚴重危害著人員與機組安全，因此將振動開關串聯在安全鏈中保護機組安全。

2.5WM機組中使用的是擺錘式振動開關，由一個安裝在微動開關上的擺針及重錘組成，重錘按照機組擺動幅度的保護數值被固定在擺針的合適位置上，當振動開關動作時應該及時查找機組振動原因并消除。

1.5 超速模塊

當葉輪轉速超過額定值時，機組容易失去控制，且速度達到一定值時機組將發生飛車事故。此外，當風機轉速超過額定轉速時，機組產生的負荷超過允許值，將使電纜發熱，功率模塊損壞，因此機組將采用Overspeed 超速模塊檢測發電機轉速，并將Overspeed模塊串聯在安全鏈中，當速度達到設定值時，Overspeed模塊動作使安全鏈觸發，機組緊急停機。

1.6 安全繼電器

安全繼電器是安全鏈回路中的控制部分，由多個繼電器按照一定邏輯組合而成，能夠補償彼此的缺陷，降低故障概率。

2 安全鏈回路工作原理概述

金風2.5WM機組安全鏈如圖1所示，將急停按鈕、PLC急停信號、扭纜開關、振動開關、超速模塊、變槳內部安全鏈容易對機組產生嚴重傷害的節點通過4個安全繼電器串聯在一條回路上，其中主控柜急停按鈕、機艙柜急停按鈕以及PLC急停信號與安全繼電器1的線圈串聯，當節點無故障時，安全繼電器線圈得到24V電壓，安全繼電器1常開觸點吸合，常閉觸點斷開，當其中任意節點故障，安全繼電器1失電，安全繼電器1上的所有常開觸點斷開，常閉觸點吸合。同理，發電機超速模塊與安全繼電器2線圈串聯在一條回路上，左、右偏航扭纜開關與安全繼電器3的線圈串聯，振動開關與變槳安全鏈繼電器串聯在安全繼電器4上，其中任意節點故障，都會引起相應的安全繼電器失電。安全繼電器1、安全繼電器2、安全繼電器4的一組常開觸點與繼電器24K7線圈串聯在一起，其中任意安全繼電器失電，都會引起24K7線圈失電，安全鏈故障。安全繼電器1與安全繼電器3的一組常開觸點與偏航使能繼電器線圈串聯在一起，當其中任意繼電器失電，則整條回路失電，偏航電機不能動作，從而保護機組安全。

3 安全鏈系統與變槳系統的關系

變槳安全鏈如圖2所示，每個變槳柜中安裝一個21K8繼電器，3個21K8繼電器與一個變槳安全鏈繼電器123K10串聯在一條回路中，當變槳柜出現逆變器OK信號丟失、92°限位開關動作等故障時，都會引起相應變槳柜中的21K8繼電器線圈失電，觸點斷開，整條變槳安全鏈斷開，變槳安全鏈繼電器線圈失電，從而影響主控系統安全鏈；主控系統安全鏈回路中串聯著24K7繼電器，當主控系統出現緊急停機按鈕、PLC緊急停機、葉輪超速模塊、振動開關節點故障時，安全鏈中斷，24K7繼電器失電來影響變槳系統，變槳的安全鏈與主控的安全鏈相互獨立而又相互影響。當主控系統的安全鏈上出現故障時，會使沒有出現故障的葉片的控制系統進入到緊急停機的模式，迅速向92°順槳，變槳安全鏈出現故障又會使主控系統進入緊急停機模式，最大限度地對機組起到保護作用。

圖2 變槳安全鏈

4 變槳安全鏈故障處理

4.1 故障現象分析

風機監控后臺報出變槳安全鏈故障之后，首先進入后臺系統查看故障 f 文件，如表1所示，“error safety system safety system ok from pitch”變槳安全鏈故障狀態變為“on”，說明變槳安全鏈故障被觸發；“error safety system safety system ok to pitch”變槳外部安全鏈故障變為“on”，說明變槳外部安全鏈故障被觸發。變槳安全鏈故障分為變槳內部安全鏈和變槳外部安全鏈，變槳內部安全鏈可以觸發變槳外部安全鏈，變槳外部安全鏈不一定觸發內部安全鏈。

表1 變槳安全鏈故障f文件

4.2 故障觸發的原因

故障點可能原因：①變槳內部的一些主要的故障(除了溫度故障)，如變槳位置偏差大的故障，變槳逆變器OK信號丟失故障，變槳繼電器失電故障，DP故障等，任意故障都會導致變槳安全鏈故障產生。②變槳柜體安全鏈回路接線松動(包括端子排和哈丁接頭)。③變槳柜內部123K10安全鏈繼電器輔助觸點損壞。④PLC模塊KL2408損壞導致。

4.3 故障處理方法

第一步：通過電腦連接PLC或者通過故障碼讀取導致安全鏈報出的原始故障，檢查是否由于其他故障帶出的變槳故障，若有其他故障則根據相應故障處理辦法處理即可。

第二步：檢查變槳安全鏈回路接線是否松動，由于機組長時間工作，機組振動會導致接線松動，此類故障多由接線松動導致。

第三部：檢查變槳安全鏈繼電器是否損壞。

第四步：使用萬用表測量安全鏈回路個點的電壓值，確定故障點，如遇通信故障，需要先解決通信故障，然后處理安全鏈故障。

第五步：使用萬用表測試變槳安全鏈至滑環回路，若回路異常，則滑環損壞，需更換滑環。

5 結束語

①金風2.5WM機組安全鏈按照失效—保護的策略進行控制，其中安全鏈中的任意節點發生故障都會觸發整個安全鏈系統，報出安全鏈故障，使機組進入緊急停機模式。 ②當主控系統報出外部安全鏈故障時，會觸發變槳安全鏈，使三支葉片收槳；當變槳安全鏈報出故障時也會觸發主控安全鏈，使主控系統發出停機命令，二者獨立存在而又相互作用。 ③對金風 2.5MW 風機典型安全鏈故障—變槳系統安全鏈故障現象、原因進行了分析，給出了處理變槳安全鏈故障的一般方法。