恩德风机运行规程.doc

NordexNordex 1.5MW1.5MW 风机运行规程风机运行规程 目目 录录 前言前言1 1 1 范围范围2 2 2 引用标准引用标准2 3 3 对风机运维人员的基本要求对风机运维人员的基本要求2 4 4 登机维护人员基本安全注意事项登机维护人员基本安全注意事项3 4.1 概述3 4.2 检修工作票的办理4 4.3 开展工作时的安全监护4 4.4 维护时禁止远方控制风机4 4.5 安全设备的使用4 4.6 必要的安全措施5 4.7 风力发电机的停机6 4.8 急救7 5 5 风机主要部件技术参数风机主要部件技术参数7 5.1 NORDEX1.5MW S70/S77 风电机组技术参数.7 5.2 齿轮箱技术参数7 5.3 风轮技术参数8 5.4 发电机技术参数8 5.5 风机其他部件介绍8 6 6 风机功率曲线风机功率曲线9 7 7 风力发电机概况风力发电机概况9 7.1 风力发电机简介9 7.2 风机运行环境10 7.3 风力发电机组成10 8 8 风机控制说明风机控制说明28 8.1 主控制器 WP3100 系统特点28 8.2 发电系统说明29 8.3 变桨系统控制原理34 8.4 风机运行模式35 8.5 制动程序 BP（BRAKE PROGRAM）36 8.6 机械制动方式38 9 9 风机风机 WP3050WP3050 控制器操作控制器操作39 9.1 概述39 9.2 就地 3050 控制器的操作说明40 9.3 从 3050 控制器调出运行参数47 1010 风场远程控制与数据分析风场远程控制与数据分析56 10.1 SCADA 系统特点.56 10.2 SCADA 系统网络拓扑图.56 10.3 GATEWAY系统操作及功能 .58 1111 风电机组正常运行的要求风电机组正常运行的要求63 11.1 风电机组在投入运行前应具备的条件63 11.2 风电机组的启动和停机63 11.3 风电场运行监视64 11.4 风电场的定期巡视64 1212 异常运行和事故处理异常运行和事故处理64 12.1 风电场异常运行与事故处理基本要求64 12.2 风电机组异常运行及故障处理65 12.3 风电场事故处理66 附件附件 1 1 MITAMITA WP3100WP3100 控制器控制器 I/OI/O 列表列表.68 附件附件 2 2：NORDEX1.5MWNORDEX1.5MW S70/S77S70/S77 风力发电机组运行控制及故障代码手册风力发电机组运行控制及故障代码手册77 1 制动程序说明78 2 偏航程序说明79 3 机组复位80 4 机组操作权限80 5 机组温度值和位置等相关描述80 6 机舱电机、加热器和其余附属对象自动运行的启停条件81 7 风机系统各子系统温度和各元素的数值限制条件82 8 机组的状态代码及说明83 9 变频器常见故障说明92 10 NORDEX1.5MW 风力发电机保护配置.94 1 1 1 范围范围 本规程给出了对新能源风电场Nordex1.5MW S70/S77风机设备和运维人员的 要求，规定了风机正常运行操作的原则和方法。 本规程适用于新能源Nordex1.5MW S70/S77双馈异步风力发电机组的运行操 作及应急处理。 下列人员应熟悉本规程： 1、分管生产副总经理、总工程师、分公司副总经理。 2、安全生产技术部有关领导及专业工程师。 3、生产运营部有关领导、技术人员，有关岗位运维人员。 4、维护部有关领导及专业工程师、技术人员。 5、风电场有关领导及所有现场运维技术人员。 2 2 引用标准引用标准 GB/T1.1-2000 标准化工作导则 GB/T15498-1995 企业标准体系管理标准和工作标准的构成和要求 GL/T800-2001 电力行业标准编制规则 DL/T600-2001 电力标准编写的基本规定 DL/T666-1999 风力发电场运行规程 DL40891 电业安全工作规程(发电厂和变电所电气部分) NX_HS_0002_EN_R05_Instructions for all Work Steps to be peformed RCC Instruction_S70_S77_20090313 P06511_080207_ENG Mita-NX_proposal ethernet communication I501_041_EN_R01_OperationManual_ S70_S77 function_cw1500_semikron_rev05_07gb 18.3_CW1500 ND4.3_624185E3.NEW 3 3 对风机运维人员的基本要求对风机运维人员的基本要求 各所属风电场运维人员，只有在接受过三级安全教育并接受过各风场相应 风机厂家技术人员的专业技术培训后，才能操作和维护相应厂家的风力发电机 组，风场所有运维人员必须明确地知道自己的岗位职责，同时必须掌握风机的 安全规程，了解风机现有的安全装置。 2 风场运维人员必须全部理解并遵守本规程的说明。本规程未涉及到的条例 参照 风机安全规程执行。本规程中对风机运维人员提出如下几点基本要求： 3.1 风电场的运维人员必须经过岗位培训，考试合格，健康状况符合上岗条件。 3.2 熟练掌握触电现场急救方法和消防器材使用方法。 3.3 熟悉风电机组的工作原理及基本结构。 3.4 掌握计算机监控系统的使用方法。 3.5 熟悉风电机组各种状态信息，故障信号及故障类型，掌握处理一般故障的 方法。 3.6 掌握操作票、工作票的填写以及“引用标准”中有关规程的基本内容。 3.7 能统计机组可利用率、利用小时数、故障率等。 4 4 登机维护人员基本安全注意事项登机维护人员基本安全注意事项 4.1 概述 对风电机组进行维护或检修时，必须明确所从事工作中存在的危险点，以 便提前采取必要防范措施，避免人身伤害事故的发生。现将风电机组中存在的 危险点罗列如下： 4.1.1 电压危险 （1）箱变及附近架空高压线路。 （2）塔底及塔顶控制柜内的动力电缆及动力电源（690V、400V）。 （3）变频器控制柜内裸露的母线及电容。 （4）变频器控制柜内的并网开关。 （5）变桨控制系统的直流充电单元及电池组。 4.1.2 高空坠落危险 在攀爬风力发电机的爬梯时，维护人员必须穿戴个人安全设备、安全帽、 安全鞋，并将止滑扣连接在安全绳上。维护人员在做检修工作时，必须使用有 缓冲作用的单钩或双钩将安全带背后扣环与爬梯或高处固定点相连。 4.1.3 机舱内危险点 （1）风机厂家所贴的安全标识处。 （2）塔筒休息平台盖板及塔筒至机舱盖板。 3 （3）高速转动的齿轮箱刹车盘及主轴。 4.1.4 气候因素 （1）雷雨天气，所有人员必须离开风机。 （2）一般情况下，叶片和机舱上有冰雪覆盖时要远离风机。 （3）在风速超过20m/s 时，禁止登机作业。 （4）在遇白毛风、沙尘暴等恶劣气候时，禁止开展检修工作。 4.1.5 人为条件 （1）运维员在身体不适、情绪不稳定或饮用含有酒精类饮品时，严禁进行风机 运行及维护相关工作； （2）在夜间进行登机作业时，必须要有光线充足的照明以确保工作的安全进行。 （3）登机着装要求符合 风机安全规程中相关规定。 4.1.6 危险工作介质 风机使用的润滑油和螺栓防腐介质，有可能会对皮肤带来腐蚀伤害或刺激 人的呼吸系统，应该避免直接接触身体（如：检查齿轮箱时，应尽量避免不要 吸入热的油蒸气）。 4.2 检修工作票的办理 在进行风力发电机检修或维护作业之前，工作负责人必须提前办理工作票， 向风机运维人员交待好待检修的风力发电机的准确位置和编号、将要进行的检 修或维护内容和存在的危险点。工作许可人根据所进行工作的必要性和安全性 有权准许或者拒绝负责人将要进行的工作。 4.3 开展工作时的安全监护 在风力发电机附近不允许无关人员逗留，工作人员在对运行中的风力发电 机进行检查时，禁止站在叶片所在的平面内，必须站在风力发电机的正面。在 进行风机检修工作时必须两人以上完成。如需在机舱工作，塔筒底部必须有专 人负责监护，随时保持通讯联系，同时避免外人进入塔筒内误操作里面的电气 设备。 4.4 维护时禁止远方控制风机 只有经过批准或培训过的人员才允许操作控制单元和操作面板。在风机附 近检查风机叶轮、高压变压器、塔筒地基或进行风机内部维护时，必须解除远 4 程控制器的操作功能。在检查工作或者维护工作结束后，重新恢复远程控制器 的功能。 4.5 安全设备的使用 为了保障风机设备的正常运行，以及保障风机维护人员的安全，风机装配 紧急停止按钮，以供紧急情况下手动停机使用，同时还装配转子锁，用于检修 传动系统时，固定传动链。 4.5.1 急停按钮 Nordex1.5MW风力发电机有三个紧急按钮，它们是： （1）塔底变频器控制面板上的紧急停止按钮。 （2）机舱控制柜控制面板上的紧急停止按钮。 （3）高速刹车盘侧面的紧急停止按钮。 图 1 急停按钮 紧急按钮是红色的，其背景为黄色。只要按动三个中的任意一个紧急停机 按钮，风机立即停止工作，叶片空气刹车制动，高速刹车盘机械制动，所有的 电机停止运行。变频器旁路供电系统仍然给控制系统、各种传感器和备用电池 进行供电。紧急停机后如要重新启机，必须保证导致紧急停机的故障已经清除， 紧急停机开关必须复位，安全链复位。 4.5.2 转子锁 转子锁定装置主要是两个锁销，锁销插入转子的轴承座。锁销必须在转子 静止的情况下按照既定顺序插入轴承座，以确保风机安全锁定。只有在制动系 统或变速箱需要进行维护时，要求转子不能转动的情况下，才启用转子锁。禁 止在转子旋转时，锁定转子锁。 5 4.6 必要的安全措施 为了保护人身设备的安全，风力发电机中设计了如下安全设备：吊车护栏、 高速轴保护罩、顶部护栏（测风杆）、轮毂护栏。在风机内进行检查和执行工 作时，必须遵守如下预防措施： （1）如果要在风力发电机处于运行状态下检查齿轮箱、机械部件或发电机时， 只可在机舱内进行工作，不得爬上机舱顶部。 （2）如果叶片表面覆冰，在叶片附近或下面行走将非常危险。如果在叶片覆冰 的情况下启动风力发电机，必须确保风力发电机周围无人逗留，从而有效避免 冰块落下所发生人身伤亡事故。 （3）在进行任何检查工作之前，首先按下停机按钮，风机转速下降，完全停机 后再开展工作，但一定要控制风机访问权限，以防止远方运行人员，在不知情 情况下，复位起机（建议按下机舱内的紧急按钮）。 （4）如果要检查电机和电机传动单元时，切记要断开电源，不可带电操作，并 且手脚都要佩戴相关防护装置。 （5）在使用机舱吊机悬吊物品时，必须将其与铁筒绑紧，以免晃动。如果风大， 最好用风绳进行牵引。 （6）在从平台的盖板门通过后，必须将它们重新关闭。 （7）未经授权的人员在任何情况下都不可拆卸电气或者旋转部件的防护罩。在 机舱中工作时，注意不要让物品掉到转动着的设备上。 （9）在风机检修时，身上不准携带任何首饰及装饰品。 （10）由于风机空间狭小，在机舱内工作时必须特别小心，以防磕头，以及被 地面凸出设备绊倒。 （11）进入轮毂进行检查和维护时，必须首先将电池箱和轴控箱动力电源开关 分断，以避免误碰92或95限位开关，导致变桨齿轮突然转动对风机维护人 员造成致命伤害。当工作结束离开轮毂时，记得锁紧控制柜门，并将所有电源 开关送到合位。 （12）在机舱的顶部工作时，必须至少使用两根安全锁分别系到顶部护栏的两 边。 （13）在进行液压站维护时，必须待液压油冷却且系统泄压阀打开，确认所有 液压管道确已无压力时，方可进行维护工作。 6 （14）机舱内工作完毕后，必须关闭机舱的天窗、控制柜。所有的工具、替换 元件、易燃物品、碎屑和包装必须清理干净。确保顶部控制器用户权限退出， 系统处于正常状态。 4.7 风力发电机的停机 如果要将风力发电机停运一周以上，例如，由于电网断电或者由于机组需 要大修，则必须将叶片角度定向到90，且使叶片正对主风向，同时必须释放 主轴锁紧装置和叶片锁紧装置。 4.8 急救 急救是指在发生严重事故时，工作人员直接受到身体伤害，出现昏迷、出 血、呼吸困难、肢体受到挤压等现象，在专业医疗人员还未到现场或者未被送 到医疗部门之前，在现场由我们的工作人员进行的初步护理活动。在实施急救 时，必须遵循如下基本原则： （1）保持镇静，不要惊慌。 （2）动作迅速，但不要急躁。 （3）先思后行。 （4）对患者做出初步现场诊断。 （5）不要试图做任何自己不懂的事情。 （6）让患者保持温暖。 （7）如果患者意识清醒，使患者保持镇静。 （8）除非必须移动患者，否则尽量使患者保持原位。 （9）以最快的方式通知紧急救护。 5 5 风机主要部件风机主要部件技术参数技术参数 5.1 Nordex1.5MW S70/S77 风电机组技术参数 机组总体参数 Nordex S70Nordex S77 额定功率 1500 kW 控制方式变桨变速，自动控制 对风方式上 风 向 叶 片 数3 片 旋转方向顺 时 针 切入风速 3.5m/s 额定风速 13m/s12.5m/s 切出风速 25m/s 7 设计等级 TC2ATC3A 轮毂中心高度 65m61.5m 运行温度范围-30+45 设计寿命20年 5.2 齿轮箱技术参数 总体参数 Nordex S70Nordex S77 制 造 商南 高 齿 规格型号 FD1660 传动级数1级行星，2级斜齿轮 额定功率 1660kW 传 动 比 1:94.71:104.078 润滑方式喷溅，压力润滑 油 品 Mobil SHC XMP 320 5.3 风轮技术参数 总体参数 Nordex S70Nordex S77 风轮锥角 3.5 风轮倾角 5 风轮直径 70m77m 扫掠面积 38484657 额定转速 10.6-19.0rpm9.9-17.3rpm 叶片长度 34m37.5m 叶片材料玻璃钢增强树脂 叶片重量约5600Kg约6500Kg 风轮重量约34000Kg约36000Kg 5.4 发电机技术参数 总体参数 Nordex S70Nordex S77 制 造 商 Winergy 型 号 3Gen.JFEA-500SR-04A 类 别双馈异步发电机 额定功率 1700kVA 额定电压 3X690V, 10%, 50Hz 额定转速 1800rpm 转速范围 1050-1950rpm 保护方式 IP54 电 极 4 重 量约7000Kg 5.5 风机其他部件介绍 变桨控制系统 SSB 主控制器 WP3100/Mita 8 变 频 器 CW1500ND4.3/SEG 主轴轴承 SKF 高速轴制动器 BSFI 332-MS30S-300/ SVENDBORG 偏航电机 BONFIGLIOLI RIDUTTORI 液压系统 HAWE 偏航轴承 FAG 偏航齿轮箱 BONFIGLIOLI 联 轴 器 ARC06 RZN 345-6 机舱罩材料玻璃纤维增强环氧树脂 机舱起重机允许载荷 250Kg 6 6 风机功率曲线风机功率曲线 额定功率：1500kW 浆叶调节：变桨调节 额定风速：约13m/s 切出风速：25m/s 检测标准： IEC 61400-12 空气密度：1.225Kg/m3 紊流强度： 6 % TI 12 % 7 7 风力发电机风力发电机概况概况 S70/77 功率曲线 9 7.1 风力发电机简介 吉相华亚风电场一期安装33台Nordex1.5MW S77系列风机，塔筒高度61.5米。 察右中风电场一期安装33台Nordex1.5MW S70系列风机，塔筒高度65米。由于 Nordex1.5MW风机均采用相同的变桨、变频、主控制器，S70与S77这两种机型在 功能和结构上基本相似。 Nordex1.5MW风电机组机型均为三叶片、水平轴变桨、变速、恒频、双馈异 步风力发电机。风机达到起机风速时，偏航系统自动对准风向，变桨控制系统 通过改变叶轮迎风的夹角，控制叶轮的转速。叶轮将机械能经主轴、齿轮箱传 送到发电机。当发电机转速上升到并网转速时，风机塔筒底部的变频器开始励 磁，并使发电机接入电网。发电机是双馈异步发电机，发电机定子直接与电网 连接，转子功率通过逆变器输入到电网。部分负荷时，风机以固定角度运转， 发电机系统的转速扭矩特性固定。当风速超过额定风速时，风机在主控制与变 桨系统的协调作用下运转。发电机扭矩保持不变，风速导致的发电机速度变化 由变桨系统补偿，此时，叶轮转速可达到最大值。变桨系统既可以进行功率调 节，又可以在风机停止时，实现气动刹车。 7.2 风机运行环境 7.2.1 气候环境 Nordex1.5MW S70/S77 CCV 是专门针对中国北方寒冷气候而研发的，风机 要求常年运行在低温寒冷环境，平均风速大，风向变化快，生存环境温度范围 是-40+50，运行环境温度范围是-30+45。 7.2.2 电网条件 Nordex1.5MW风电机组并网发电时，要求电网必须满足以下技术要求： 电网额定电压 690 V 电网电压波动容许范围-10%+10% 连续 频率波动容许范围 501 Hz 功率输入因数-0.91+0.95 7.3 风力发电机组成 风力发电机主要由五大部件组成：叶轮、机舱、塔筒、地基、变压器。由 于风力发电机运行条件的特殊性，构成风力发电机的这五大部件在能量转换的 过程中，分担不同的角色，都有自己独特的技术规范和技术要求。 10 图 2 风机基本结构 1 叶轮 2 塔筒 3 变压器 4 地基 5 机舱 7.3.1 叶轮系统 概述 叶轮是风力发电机的重要部件，由三片叶片和一个轮毂组成。叶片材料为 高性能玻璃钢纤维，叶片内装配的雷电保护系统经由机舱和塔筒实现接地。叶 片固定在轮毂内回转轴承上，轮毂有三套驱动装置可以单独对叶片进行角度调 节。 叶片结构 叶片由上下两个半壳组成，并由两个单向梁帽和两个多向的抗剪腹板组成 的梁作为结构支撑。梁帽由单向环氧玻璃增强树脂组成，抗剪腹板由二维环氧 玻璃增强树脂组成。叶片外壳由双轴和三轴的玻璃纤维复合成型。叶片根部由 玻璃纤维增强，由轻木和PVC泡沫作为芯材。 为了获得边缘应有的刚性，后缘单向增强，上壳、下壳、梁帽、梁腹由各 自的模具制造。上、下壳由前缘和后缘粘接成一体，同时和梁帽粘接。挡雨环 和人孔盖由各自的模具制造，再粘结在叶片型腔内外， 叶片根部的连接设计成 T螺杆连接形式。 11 图 3 叶片内部结构 轮毂结构 图 4 轮毂结构示意图 轮毂主要组成部件有：导流罩、变桨电机、变桨轴承、变桨齿轮箱、中央 控制箱、轴控箱、电池箱、限位开关、编码器等。 （1）中央控制箱 六角形不锈钢控制箱。变桨中央控制箱通过滑环从机舱内的主控制柜获取 电源，并通过滑环与主控制器进行信号交换，控制变桨角度。中央控制箱与外 12 部接口电路设有过压保护和防雷措施。 （2）轴控箱 梯形控制柜，不锈钢材料制成的控制箱。在变桨系统内有三个轴控箱，每 个叶片分配一个轴控箱，变桨控制器通过四象限模型控制相应变桨电机的转度 和叶片的变桨角度。 （3）电池箱 梯形控制柜，不锈钢材料制成的控制箱。电池组额定电压216VDC，内装18 节12V/7.2Ah 蓄电池。每个轴控箱分配一个电池箱，在需要紧急停机的情况下， 每个叶片都能靠电池提供的电能，转动到顺桨位置。 （4）变桨电机 变桨电机为单相直流串励电机，直流电机扭矩大，控制方式简单，能够很 好的满足变桨运行要求。 图 5 变桨电机 （5）限位开关 变桨控制系统采用两个限位开关，92限位开关的作用是风机紧急停机时 可以切断电池组供电回路，保障叶片停止的角度为92。95限位开关是在 92限位开关不起作用的情况下，仍然可以切断电池供电回路，有效保护人员 设备的安全。 13 图 6 变桨限位开关 （6）变桨电机位置编码器 变桨控制系统有两个位置编码器，一个安装于变桨电机尾部，另一个安装 于轮毂框架上，并紧密啮合于变桨内齿圈。这两个位置编码器互为备用，并随 时进行角度校验。 图 7 叶片位置编码器 （7）变桨轴承 变桨轴承内圈连接叶片，外圈固定在轮毂框架上，通过控制变桨电机驱动 内圈转动，实现叶片变桨。变桨轴承通过外部油嘴注入润滑脂，实现变桨轴承 润滑。 变桨控制系统结构与作用 变桨控制系统是风机最重要的机械控制系统，通过单独控制三个叶片变桨， 14 实现风速与转速，转速与扭矩的能量传递。每个叶片上都带有一个备用电池箱， 当电网掉电、变桨供电异常以及控制单元出现故障时，变桨系统在紧急状态下 通过电池的储能可以保障叶片收桨，有效保护发电机及设备的安全。 变桨控制系统与主控制系统通过信号交换，有效控制发电机转速，保持发 电机功率输出。变化的风速带动传动系统速度变化，变桨系统通过调节叶片变 桨，使叶轮平滑地改变转速。这样大大减轻了风机的载荷，同时也向电网输出 相对稳定的电能。 7.3.2 机舱概况 机舱是风力发电机最重要的组成部分，所有的传动设备、偏航设备、测量 系统、发电系统、控制系统都在机舱里进行信号传输与信号交换，下面将分别 针对各个系统进行详细说明。 图 8 机舱内部结构 传动系统 传动系统是风机最重要的机械单元，承担着风机功率满发时强大的扭矩和 转速传递，同时也平衡着变桨系统传递过来的轴向推力和径向推力。 15 图 9 传动系统 （1）主轴 主轴前端连接轮毂，后端连接齿轮箱，传递着强大的扭矩，要求极高的设 计精度和机械制造水平。 图 10 主轴 （2）主轴轴承 主轴使用双向调心滚子轴承，前轴承主要承受风轮的重量，后轴承除承受 齿轮箱的重力，还承受风轮轴向的载荷。 16 图 11 主轴承外观 （3）轴承座 轴承座安装在主构架上，起固定主轴轴承，支持叶轮重量的作用。 （4）主构架 主构架是机舱所有设备装配平台，整个传动系统、偏航系统、发电机、控 制柜、机舱外壳都与它相接，主构架也是平衡风机重心的关键部件。 图 12 主构架 （5）高速轴联轴器 高速轴联轴器用于将齿轮箱高速轴与发电机输入端轴承进行联接。由于风 力发电机功率的不稳定，联轴器的两端采用高强度软钢垫进行柔性连接。 17 图 13 联轴器及高强度连接钢垫 （6）高速轴制动器 高速轴制动器是主动式制动器，在系统正常运行时，刹车钳被液压压力撑 开，轮毂处于自由旋转状态。当风机需要紧急制动时，除了叶片空气制动外， 刹车钳液压释放，高速轴刹车盘被刹车钳摩擦制动，风机急停。 图 14 高速轴刹车盘制动器 （7）弹性支撑 弹性支撑的作用在于降低系统的振动量级，减少零部件和发电机的共振问 题。弹性支撑包括发电机弹性支撑、齿轮箱弹性支撑、机舱罩弹性支撑和轮毂 轴向弹性支撑。它可以在起联接和支撑作用的同时，起到吸振和缓冲作用，防 止振动传递到下一个相连的部件。 18 图 15 齿轮箱弹性支座 图15为齿轮箱的弹性支撑固定在主构架的两个点上，弹性支撑单元传送齿 轮箱上承受的力和扭矩，减少了齿轮箱本身的结构振动，也从整体上削减了整 个设备的振动。 （8）齿轮箱 图 16 齿轮箱 齿轮箱的主要作用是将风轮的低转速必须通过齿轮箱增速，将转速和扭矩 传递到发电机，使发电机转子转速满足运行条件。 19 （9）滑环系统 图 17 滑环 滑环是利用滑动接触单元，将机舱内提供的动力电源和控制信号传递到叶 轮里的变桨控制系统。滑环关键部件采用金和金弹簧线的技术。滑环壳体由铸 铝制成，密封和防护等级高。滑环的制造工艺很精细，运行要求有很好的工况， 不允许踩踏。 偏航系统 （1）偏航系统的主要作用有两个： 与风力发电机组的控制系统相配合，根据风速仪和风向标的检测值，自动使 风轮对准风向，以提高风力发电机组的风能利用效率。 在扭缆状态时，风机能够解缆，恢复动力电缆的自然状态，防止电缆扭断， 保证风力发电机组的安全运行。 （2）偏航系统的各个部件功能如下： 图 18 偏航系统 20 偏航编码器 偏航系统有一个旋转编码器，编码器的小齿轮与偏航轴承外齿圈啮合，机 舱旋转一圈时，偏航编码器发出342个脉冲给主控制器，主控制器通过判断脉冲 数量，算出机舱偏航的度数。 编码器方向定义（从空中往下看）： 0北方； 90东方； 180南方； 270西方； 图 19 偏航编码器 顺时针方向旋转编码脉冲计数器脉冲数递增，逆时针方向旋转编码计数器 脉冲数递减。编码计数器的值为实际扭缆值（在01080之间），机舱的绝 对位置在0360之间。如果电缆被沿顺时针方向或者逆时针方向缠绕720 到1080，风机在风速小于3m/s时，风机将执行自动解缆程序。如果电缆被沿 顺时针方向或者逆时针方向缠绕超过1080，但不超过1330时，风机在故障 排除后，会自动执行解缆程序。当编码计数器运行到1260时，将会触发 Cable twisted 限位开关并停机，需将机组进行手动解缆操作。如果电缆缠绕 超过1330时，cable twisted 限位开关没有触发，此时编码计数器内串联的 风机安全链将会打开，风机急停。发生这个故障时，要仔细检查所有电缆扭缆 情况及受损情况，检查偏航编码计数器的电缆连接，对扭缆开关进行性能校验。 21 偏航轴承 偏航电机下面有一个小齿轮与大齿轮啮合，大齿轮为偏航轴承外圈，偏航 电机驱动机舱围绕偏航轴承外齿圈沿水平方向旋转。偏航轴承外圈与主框架相 连接，承载着机舱全部重量。偏航轴承内圈与塔筒固定在一起。 偏航驱动器 偏航驱动装置由驱动电动机、减速器、传动齿轮等组成。偏航驱动装置要 求起动平稳，转速均匀且无振动。在风力发电中，叶轮应该总是处在对风状态， 以便于风轮最大程度的吸收风能，偏航电机的作用就是转动机舱使叶轮正对风 向。 偏航制动器 风电机组在运行过程中，为避免微小自由偏转，防止偏航齿轮因交变应力 引起的过早损坏，液压系统通过10个偏航刹车钳对偏航刹车盘施加150bar的压 力。在偏航过程中，采用余压紧压偏航刹车盘，可以有效减少因风向变化对偏 航齿轮产生交变载荷的危害。 发电机 Nordex1.5MW风机采用的是德国Winergy双馈异步发电机。发电机定子直接 与电网连接，转子经变频器与电网连接。发电机的主要组成部分有：定子、转 子、加热器、抗磨滚珠轴承、冷却通风系统、集电环、速度编码器、温度传感 器、端子接线盒。下面将对各部件分别进行介绍： （1）定子 定子由铁芯、绕组以及固定这些部分的其他组件构成。绕组（U1,V1,W1） 的始端引出到定子接线母排，母排连接4根180mm2电缆至塔筒底部变频器。 （2）转子 转子绕组材料为E-Cu扁钢丝，转子终端的K、L、M绕组从轴孔引出到集电环 上，转子电缆通过碳刷与集电环的滑动接触，将变频器励磁单元直接与发电机 转子相连。 （3）加热器 在发电机和集电环室装配了加热器，他们通过接线盒与控制柜连接。 （4）抗磨滚珠轴承 22 轴承通过圆形端盖的支撑安装在机座正中。轴承润滑脂排出端口位于两个 轴承端盖处，轴承端盖的底部有多个开口和一个油脂收集装置。 （5）冷却和通风 发电机采用空空的冷却系统。散热风扇从发电机驱动端上方的吸气口吸 取空气，使冷空气通过热交换器的铝制管道，将热空气排出机舱外，此外还有 一部分热空气吹至滑环室，除了给集电环降温，还将集电环摩擦产生的碳粉吹 到集电环下部的滤网上。 （6）监控信号 发电机配置了以下监视装置： 6个温度传感器（Pt100）； 每个轴承装有两个温度传感器（Pt100）； 定子接线箱装有两个温度传感器； 用于监视碳刷磨损的触点； 用于监视发电机过电压的信号。 （7）集电环室 集电环室有3个独立滑环和1个非独立滑环（用于主轴接地的连接）。集电 环室所有的碳刷通过软连接电缆直接接至转子接线盒，实现发电机转子与变频 器励磁系统的滑动连接。每个碳刷都有一个行程开关监视碳刷磨损情况。 （8）转速编码器 在主轴的非驱动端安装有一个双通道增量式转速编码器，用于监测发电机 转速，这个转速信号直接给变频器，用于发电机的功率输出。 23 图 20 转速编码器 变频器 变频器是给发电机转子提供励磁的重要设备，由于风速的不稳定性，转子 侧转速变化范围很大。变频器主要的功能就是通过励磁补偿变化的转速，使发 电机转子励磁频率稳定在同步转速，保持稳定的发电机定子侧出口电压。 图 21 变频器 （1）电气组成元件 变频器主要组成有：并网开关、IGBT、机侧控制器HU、网侧控制器 SU、du/dt filter、Mains chock、Crowbar、直流充电电路等。 24 图 22 SEG变频器基本结构 （2）Crowbar 功能 图 23 Crowbar Crowbar用来在变频器出现异常情况或风机紧急停止时，直流母线电压过高， 变频器控制器及时发出指令，Crowbar晶闸管触发，转子回路短接，发电机失去 励磁，保障变频器及发电机能够安全停机。 （3）IGBT功能 网侧控制器（SU）把电网侧的三相交流电输入整流成直流，并给直流母线 25 充电。机侧控制器（HU）根据发电机的转速，把直流母线的电源逆变为发电机 所需要的励磁电流。 （4）mains chock 滤波器 mains chock 滤波器用来减少变频器向电网取电时产生的谐波。 （5）du/dt 滤波器 du/dt 滤波器用于抑制转子绝缘上出现的电压尖峰和快速瞬变电压。 （6）DC-Link单元 DC-Link是重要的转子能量储蓄单元，是由一系列电容构成。DC-Link母线 电压监视非常重要，变频器任何控制系统的故障都可以通过直流母线电压来反 映。 液压系统 （1）液压系统由电机、控制阀组、蓄能器、液位开关、液压传感器、空气滤清 器等部件组成。参数如下： 油箱容积:5L 电机功率:0.25kW 电机频率:50Hz 电机电压:690V 电机转速:1320RPM 泵出口流量:1.07L/min 正常工作压力:150bar左右 26 图 24 液压站 （2）功能简述 液压站有两个作用：高速轴刹车盘制动和偏航刹车制动。系统正常工作压 力范围在140160bar之间，系统压力由电机油泵组作为动力单元提供，通过压 力传感器传递信号至主控制器，主控器根据油压的大小，自动控制油泵的运行。 通过液压站的视窗可直接目测油箱里面液位高低，并且在油位低时，将油位低 信号传递到主控制器。 进油过滤器过滤精度为10m, 当过滤器的滤芯堵塞时，目视发讯器颜色由 绿色变为红色，应及时更换滤芯以保证系统的正常运行。单向阀其开启压力为 0.5 bar,用于对液压油单向控制。溢流阀其设定值为200bar，用于保护系统的 最高压力不超过200bar，作为安全阀使用。蓄能器正常情况下通过把液压能转 化成弹性势能储存起来，当系统瞬时需要大流量或系统压力出现波动时候，释 放之前所储存的能量并参与系统的压力调节，吸收系统的脉动能量和液压冲击。 另外在泵故障时可以做为紧急动力源、起到系统保压的作用。 7.3.3 塔筒、地基及变压器 塔筒设计为圆锥形钢结构，由3节塔筒组成，塔筒之间通过高强度法兰连接。 在塔筒的内部装配爬梯和防跌落安全钢丝绳，通过爬梯，可以直接登上机舱。 在每节塔筒的连接处都设有休息平台，提供塔筒检修和休息时使用。塔筒内的 照明数量每节有两处，并且具备应急照明功能。机舱控制柜与变频器通过安装 在塔筒内部的动力电缆、控制电缆、通讯光缆实现所有的信号交换与电能输出。 27 图 25 塔筒底部视图 塔筒地基为圆型，钢筋混凝土结构，通过高强度螺栓将预埋的地基法兰与 塔筒相连。地基承受着机舱、叶轮及塔筒地全部重量，地基质量的好坏，直接 影响机组的寿命。 变压器安装于塔筒几米外的地面，它的主要作用是将电网侧的高电压 （35KV）转换为风机所使用的低电压（690V）。在风机故障时，从电网取电至 风机，在风机运行时，将发电机的电能输出至电网。 图 26 塔筒底部和变压器 塔筒底部主要有： （1）回填土壤 （2）地基（钢筋混凝土结构） （3）底部控制柜（变频器柜） （4）连接机舱电缆 （5）塔筒门 （6）变压器电缆 28 （7）变压器 8 8 风机控制说明风机控制说明 8.1 主控制器WP3100系统特点 8.1.1 主控制器WP3100概况 Nordex1.5MW S70/S77的控制系统采用丹麦Mita公司的WP3100为主控制器。 在风机底部、顶部各有一个操作控制器WP3050，供日常维护、检修时操作风机 使用。风机的所有控制信号都传输到WP3100中，经过数据分析和处理后，自动 控制风机的的停止及运行，并提供给远方监控系统所需要的运行数据及历史数 据。 图 27 顶部 WP3100 控制器 8.1.2 主控制系统的特点 WP3100有着强大的数据统计、数字统计、信号分析与处理能力，它充分满 足了风机在各种工况下的运行要求，详细的特点如下： （1）机组控制流程，可实现自动偏航、自动变桨、自动解缆、转速闭环控制、 风速与功率自动匹配。 （2）闭环控制、自动启停机、小故障自动复位等功能。 （3）全面监控机组的运行状态，保证机组的安全。 （4）200多个机组参数，方便系统调试运行。 （5）简单的操作界面，用户很容易掌握接受。 （6）通过故障列表显示，确定故障范围。 （7）数据采样周期短，准确获取实时运行数据。 （8）网络结构依靠单环路传递信息。 （9）后台具有数据分析与数据统计功能。 29 （10）变频调节发电机功率及功率因数。 （11）三桨叶独立的变桨传动控制单元。 8.2 发电系统说明 8.2.1 双馈发电机原理 双馈式风力发电机的运行方式与普通发电机有很大的区别，由于风速和风 向的随机变化很大，使得发电机获得的机械能存在不稳定性，因此发电机的机 械转速会在较大范围内变化，若采用同步发电机则不易于控制输出电能的频率。 双馈异步风力发电机组的优点就是可以在较大转速范围内向电网输出工频 电能。为了弥补转子速度和同步转速之间的转速差，双馈异步风力发电机采用 对转子绕组进行交流励磁的方法，使交流励磁电流在转子绕组中感应出一个相 对自身旋转的磁场。这样气隙中的旋转磁场的转速就由两部分组成，一部分是 转子的机械转速，一部分是电磁转速。二者的矢量和构成产生定子中感应电动 势的同步转速。 图 28 双馈风力发电机原理图 当发电机并网发电时，发电机的同步转速是恒定的，与电网频率和定子极 对数有关。 60fs/Ps=nr+60fr/Pr 式中： fs为定子电压频率； Ps为电机定子的极对数； 30 Pr为电机转子的极对数； nr为双馈发电机的转速； fr为转子励磁电流频率。 由上式可知，当转速nr发生变化时，若调节fr，可使fs保持恒定不变，实 现双馈发电机的变速恒频控制。双馈异步发电机在形式上和绕线转子电动机是 一致的，要实现风力发电机组的变速恒频发电控制，转子绕组经过滑环，由双 馈变频器提供交流励磁，双馈变频器由电网供电。 8.2.2 双馈发电机工作方式 带滑环三相双馈异步发电机的转子与变频器连接可向转子回路提供可调频 率的电压，这样输出转速可以在同步转速30%的范围内调节。在亚同步运行模 式下，电能通过变频器、转子回路、定子回路再反馈至电网中。在超同步运行 模式下，大约有80%的电能可以通过定子输送给电网，其余的可通过转子和变频 器输送到电网。通过变频器和发电机之间的反馈，可以使发电机频率无论是在 亚同步运行模式下还是在超同步运行模式下中都能够与电网频率保持一致。 （1）亚同步状态，转子的机械转速小于发电机的同步转速（0max 1 制动等级小于 50 或风速过大 551(G)heating 1 发电机开始加热 552Rotorbear.lub 1 转子轴承开始润滑 553Als Gen. on 1 发电机轴承开始润滑 Nordex1.5MW 风力发电机运行规程 78 附件 2：Nordex1.5MW S70/S77 风力发电机组运行控制及故障代码手册 Nordex1.5MWNordex1.5MW S70/S77S70/S77 风力发电机组风力发电机组 运行控制及故障代码手册运行控制及故障代码手册 Nordex1.5MW 风力发电机运行规程 79 1 制动程序说明 制动程序制动程序描述描述动作动作复位条件复位条件 BP 160bar 7 风向风速仪加热 F55.6，F55.7，F55.8 闭合 启停 K17.6 控制 户外温度 1 分钟平均值5 8 机舱柜内部加热器 F5.7 温度开关max.wind 变桨角度最大值越线 50A 风速过大，变桨角度越限 95 Battery test 电池检测 55A 电池 168 小时，定期自检 1113 Pitch angle diff 变桨角度不同 50R80 三个叶片间角度偏差大于 1 1121 Pitch too slow 变桨速度低于设定值 190M80 变桨电机转速低于设定值 1130 Pitch endstop switch 叶片限位开关触发 50M80 92限位开关触发，需重新调整 1147 Pitch motor temp.1 变桨电机 1 温度高 50R10 电机温度高于 140 1148 Pitch motor temp.2 变桨电机 2 温度高 50R10 电机温度高于 140 1149 Pitch motor temp.3 变桨电机 3 温度高 50R10 电机温度高于 140 1150 Pitch 1 currentmax 变桨电机 1 过流 50M10 电流超过 60A 1151 Pitch 2 currentmax 变桨电机 2 过流 50M10 电流超过 60A 1152 Pitch 3 currentmax 变桨电机 3 过流 50M10 电流超过 60A 1153 Pitch 1 current err 变桨电机 1 电流错误 50M10 检测不到电流信号 1154 Pitch 2 current err 变桨电机 2 电流错误 50M10 检测不到电流信号 Nordex1.5MW 风力发电机运行规程 85 1155 Pitch 3 current err 变桨电机 3 电流错误 50M10 检测不到电流信号 1156 Pitch(M)current asym 变桨电机电流不平衡 50M10 两个电机平均电流差值超过 20A， 1157 Pitch munic 变桨通讯错误 180M80 变桨系统与主控制器通讯故障 1158 Pitch ctrl.error 变桨控制错误 180R80 变桨控制器错误 1159 Pitch2 位置传感器 1&2 不一致 0R80 两个测量值大于 1 1170 Pitch(M)sub2 temp1 变桨电机 1 温度高 0A 电机内温度开关触发 1171 Pitch(M)sub2 temp2 变桨电机 2 温度高 0A 电机内温度开关触发 1172 Pitch(M)sub2 temp3 变桨电机 2 温度高 0A 电机内温度开关触发 1173 Th.rel.pitch(M)fan 变桨电机风散开关脱扣 50M80 变桨电机风散电源错误 1174 Th.rel.pitch (M)rot 变桨电机开关脱扣 50M80 变桨电机电源错误 1175 Pitch bat. Charger 变桨电池充电器损坏 50A 电池充电单元故障 1176 Pitch bat.chargecy 变桨电池充电循环故障 50M80 电池循环充电故障 1182 Batt.voltage 1stop 变桨电池 1 电压低 50M80 电池 1 电压低 1184 Batt.voltage 2stop 变桨电池 2 电压低 50M80 电池 2 电压低 1186 Batt.voltage 3stop 变桨电池 3 电压低 50M80 电池 3 电压低 1188 1166for 24h A&B 值不一致超 24 小时 50R80 A&B 值不一致超 24 小时 1938 Replace pitch batt 更换电池 50M80 更换电池，检测不到电压 注意：变桨系统的 A 编码器在电机后方，B 编码器在叶片齿轮箱侧。 Nordex1.5MW 风力发电机运行规程 86 8.2 机舱安全链 状态代码状态代码名称名称制动等级制动等级复位权限复位权限故障说明故障说明 5 Vibration 震动 200M80 机舱振动大 10 Safety chain open 安全链打开 200A 安全链打开 16 Emer.stop cont. Panel 紧急停机 200M80 机舱柜急停触发 47 Supply 156/157 156/157 供电故障 200A DC24V 控制电源故障 49 Internet 15V supply 内部 15V 电源故障 200A 3100 内部电源故障 92 Emer.Stop nacelle 机舱内紧急停机 200M80 高速轴侧急停触发 317 Rotor overspeed max 转子超速 200M80 转子速度超过 2178rpm 319 WP2035(G)overspeed 发电机超速 200M80 发电机硬件超速 320 WP2035(R)overspeed 转子超速 200M80 转子硬件超速 328 Gear overspeed max 齿轮箱超速 200M80 齿轮箱转速超过 2178rpm 434 B200 brake timemax B200 制动时间超时 200M80 200 级紧急制动时间超时 490 B180 brake timemax B180 制动时间超时 200M80 180 级紧急制动时间超时 491 B190 brake timemax B190 制动时间超时 200M80 190 级紧急制动时间超时 550 (G)peak power max 发电机峰值功率高 200M80 发电机峰值功率超过 2000kW 1404 Freq.conv.emr.stop 变频器紧急停机 200M10 变频器急停开关触发 Nordex1.5MW 风力发电机运行规程 87 8.3 机舱控制系统 状态代码状态代码名称名称制动等级制动等级复位权限复位权限故障说明故障说明 30 Nacelle temp 机舱温度 0A 机舱温度大于 40 度 31 Nacelle temp. Stop 机舱温度高停机 50A 机舱温度大于 55 度 42 Internal battery low 内部电池电量低 0M80 更换 3100 内部电池 43 Internal temp. High 3100 内部温度过高 50A 3100 内部温度大于 70 度 45 Main ctrl. Supply 控制回路电源错误 180A 电网掉电 73 Power-up relay 继电器故障 50M80 安全链复位继电器故障 100 Repeated grid error 电网重复错误 180M10 电网故障频发 102 Phase drop 电网缺相 180A 电网缺相，单相小于 300V 103 Vector surge 电网波动 180A 同期相序角