5.6.4.1.2自动控制及继电保护

1、 发电机损坏风险控制内容情况说明发电机损坏风险控制 内容:风力发电机组的自动控制及继电保护应具备对功率、风速、重要部件的温度、叶轮和发电机转速等信号进行检测判断，出现异常情况（故障）相应保护动作停机，并在紧急事故情况下，风电场解网时不应对风力发电机组造成损坏。 说明：1. 概述金风S48/750风力发电机组配备的电控系统以可编程控制器为核心，控制电路是由PLC中心控制器及其功能扩展模块组成。主要实现风力发电机正常运行控制、机组的安全保护、故障检测及处理、运行参数的设定、数据记录显示以及人工操作，配备有多种通讯接口，能够实现就地通讯和远程通讯。IOPS307AIAIFM350ET200齿轮油堵塞

2、、液压站油位、齿轮油压力、orbivibl振动信号、偏航计数1、偏航计数2、机舱左偏航、机舱右偏航、机舱维护、机舱启动、机舱停止、orbivibl过速信号、振动开关、左偏开关、右偏开关、闸1反馈、闸2反馈、闸1磨损、闸2磨损。齿轮油温度、齿轮箱轴承温度、环境温度、机舱温度、发电机前轴温度、发电机后轴温度、发电机绕组温度。叶尖压力、系统压力、风向。发电机转速、叶轮转速、风速。机舱塔架配电系统、软启动PM810PS307IOQOQOOBTCPU315CP340CP340塔底控制器中央监控室DP总线DP线MPI总线金风S48/750风力机组控制结构如图所示：金风S48/750风力发电机组的电气控制系

3、统由配电柜、控制柜、机舱控制柜、传感器和连接电缆等组成，电控系统包含正常运行控制、运行状态监测和安全保护三个方面的职能。配电柜：风力发电机组的主配电系统，连接发电机与电网，为风机中的各执行机构提供电源，同时也是各执行机构的强电控制回路。包括电容补偿回路，由于异步发电机要从电网吸收无功电流来励磁，使电网的功率因数降低，为了保证电网的供电质量和减少线路损耗，在发电机并网后通过并联电容对系统进行无功补偿。控制柜：控制柜是机组可靠运行的核心，主要完成数据采集及输入、输出信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱柜通讯，接收机舱信号；与中央监控系统通讯、传递信息。机舱控制柜：采集机舱内的

4、各个传感器、限位开关的信号；采集并处理叶轮转速、发电机转速、风速、温度、振动等信号。正常运行控制包括机组自动启动，发电机软并网，发电机运行，主要零部件除湿加热，机舱自动跟踪风向，液压系统开停，散热器开停，机舱扭缆和自动解缆，电容补偿分组投切以及负功率自动停机。监测系统主要监测电网的电压、频率，发电机输出电流、功率、功率因数，风速，风向，叶轮转速，发电机转速，液压系统状况，偏航系统状况，润滑系统状况、齿轮箱状况、软启动状况，风力发电机组关键设备的温度及户外温度等，控制器根据传感器提供的信号控制风力机组的可靠运行。安全保护系统分三层结构：计算机系统（控制器），独立于控制器的紧急停机链和个体硬件保护

5、措施。微机保护涉及到风力机组整机及零部件的各个方面，紧急停机链保护用于整机严重故障及人为需要时，个体硬件保护则主要用于发电机和各电气负载的保护。电控系统的设计和实施结果能够满足风力发电机组无人值守、自动运行、状态控制及监测的要求。2. 功能描述2.1 正常运行控制2.1.1 启动（1） 控制器上电，执行自检，检测电网五分钟，无故障执行风力机组自动启动过程。（2） 控制器面板正常启动或机舱内控制柜 启动风力机组，控制器等待60秒使数据达到稳定，如果检测风力机组无故障且风力机组满足启动条件，风力机组将会松闸进行自动启动过程。（3） 控制器面板强制启动风力机组，如果风力机组无故障，且满足启动风速，风

6、力机组将立即松闸启动。2.1.2 并网软启动控制器采用三对反并联的可控硅串接于风力发电机的三相供电线路上，采用限流软启动控制模式，利用可控硅的电子开关特性，通过控制其触发角的大小来改变可控硅的开通程度，由此改变发电机输入电压的大小，以达到限制发电机启动电流的特性，原理图如下：在该控制模式下，风力机组以设定的电流为限幅值启动，当风力机组启动过程完成后，使旁路接触器闭合，发电机与电网直联运行，旁路闭合后停止软启动，因此可控硅只是短时工作，不需要强制散热。2.1.3 自由停机将检测到的有功功率、风速与设定值对比，满足自由停机条件，执行自由停机：释放叶尖，断开旁路接触器，断开发电机接触器，当电机转速降

7、至设定值时，收叶尖，高速闸不刹车。2.1.4 电机加热发电机温度低于设定值，启动发电机加热器，发电机在运行状态下，发电机加热器不允许工作。2.1.5 自动对风风向标安装在风力机组的机舱尾部，风向标的风标总是指向风向，风力机根据风标的方向与机舱方向的夹角决定是否偏航。2.1.6 液压泵风力机组液压系统没有故障，系统压力低于启动液压泵压力设置值时，启动液压泵。系统压力高于停止液压泵压力设置值时，液压泵停止工作。2.1.7 齿轮油泵当控制器检测到发电机转速大于启动齿轮油泵的转速设置值时，齿轮油泵启动；当齿轮油加热工作时，齿轮油泵也将投入运行；当发电机转速低于齿轮油泵的转速设置值时，齿轮油泵间歇性的工

8、作，每隔10分钟工作1分钟。2.1.8 齿轮油冷却器如果齿轮油温度高于设置的冷却器启动参数值，齿轮油冷却器工作，同时齿轮泵运行。一旦温度低于冷却器停止运行的设置值时，冷却器将停止运行。2.1.9 齿轮油加热器齿轮油温度低于加热器的启动参数值时加热器启动，温度高于加热器预设停止参数时齿轮油加热停止。2.1.10 解缆偏航接近开关安装在风力机组的偏航齿圈处。当风力机偏航超过一定角度时，风力机组停机并进行反方向偏航解缆，直到偏航角度在正负20度范围内，停止解缆。2.2 数据检测2.2.1 温度监测在风力机组运行过程中，控制器持续监测风力机组的主要零部件的温度，同时控制器保存了这些温度的极限值（最大值

9、、最小值）。温度监测主要用于控制开启和关停泵类负荷，风扇，加热设备。这些温度值也用于故障检测，也就是说如果任何一个被监测到的温度值超出上限值或低于下限值，控制器将停止风力机组运行。此类故障都属于能够自动复位的故障，当温度达到复位限值范围内，控制器自动复位该故障并执行自动启动。该风力机组共监测七个温度值：（1） 齿轮油温度（2） 发电机绕组温度（3） 齿轮箱轴承温度（4） 发电机前轴承温度（5） 发电机后轴承温度（6） 环境温度（7） 机舱温度2.2.2 转速数据叶轮转速和发电机转速是由安装在风力机组的低速轴和高速轴的转速传感器（接近开关）采集，控制器把传感器发出的脉冲信号转换成转速值。叶轮和发

10、电机转速被实时监测，一旦出现过速，风力机组将停止运行。转速传感器的自检方法：当风力机组的转子旋转时，两个传感器将按照齿轮箱固定的变比规律地发出信号，如果两个传感器中的任何一个未发出信号，风力机组都会停止。2.2.3 电网监测:电网数据由电量采集模块检测，由控制器进行监控。电网数据检测分为五方面:（1） 电压三相电压始终连续检测，电压值用于监视过电压和低电压。（2） 电流三相电流始终连续检测,电流值用来监视发电机切入电网过程。在并网过程中，电流检测同时用于监视发电机或可控硅是否发生短路。在发电机并网后的运行期间，连续检测电流值以监视三相负荷是否平衡。如果三相电流不对称程度过高，风力机组将停机。电

11、流检测值也用于监视一相或几相电流是否有故障。（3） 频率连续检测电网频率,一旦检测到频率值超过或低于规定值，风力机组会立即停止。（4） 功率因数连续监测三相平均功率因数。（5） 有功功率输出三相有功功率是被连续检测的，根据各相输出功率测量值，计算出三相总的输出功率，用以计算有功电度产量和消耗。有功功率值还作为风力机组过发或欠发的停机条件。（6） 无功功率输出三相无功功率是被连续检测的，根据各相输出功率测量值，计算出三相总的输出功率，用以计算无功电度产量和消耗。无功功率的大小决定投切电容的组数。2.2.4 高速闸释放信号高速闸体上有一个传感器指示高速闸的状态（是否释放）。如果控制器发出松闸信号但

12、是在设定时间内没有接收到高速闸释放的反馈信号，风力机组将停止。2.2.5 闸块磨损信号高速闸体上有一个传感器指示高速闸制动后刹车片是否磨损并将信号发送给控制器。如果出现刹车磨损，直到故障被排除后，控制器才允许重新启动风力机组。2.2.6 振动保护振动保护仪 orbivibl安装在风力机组机舱控制柜中，当振动值大于设定值时，orbivibl向控制器发出振动信号。2.3 安全保护2.3.1 安全链回路安全链是独立于计算机系统的硬件保护措施。采用反逻辑设计，将可能对风力机组造成致命伤害的故障节点串联成一个回路：紧急停机按钮（控制柜）、主空开、计算机输出的看门狗、叶轮过速开关、紧急停机按钮（机舱）、凸

13、轮计数器、振动开关，一旦其中一个动作，将引起紧急刹车过程，执行机构的电源230VAC、24VDC失电，使控制回路中的接触器、继电器、电磁阀等失电，风力机组处于闭锁状态。紧急停机后，只能手动复位，重新启动。（1） 振动开关振动开关安装在机舱底板上。当底板出现过大振动时，该装置会给控制器发出一个信号，安全链断开，风力机组执行紧急停机并给出故障信息。（2） 过速保护过速保护通过振动保护仪 orbivibl控制，叶轮转速超过一定范围，振动保护仪 orbivibl输出一节点，使安全链断。（3） 凸轮计数器凸轮计数器安装在偏航齿圈上，电缆向同一方向累计扭转超过设定角度时凸轮计数器动作，安全链断。2.3.2

14、 风力机组制动风力机组的刹车系统包括机械刹车（两副高速闸）和空气刹车（叶尖）。风力机组停机有三种制动方式：正常刹车、安全刹车和紧急刹车。下面分别描述三种刹车方式的过程：（1） 正常刹车a) 切除叶尖电磁阀的供电电源；b) 如果发电机与电网连接，当发电机转速低于同步转速时发电机脱网；c) 当叶轮转速在限定时间内降低到设定转速时，一副高速闸实施制动；d) 如果在设定时间内叶轮转速降到零，第二副高速闸在设定时间后制动；e) 刹车完成后叶尖收回。下一次再执行正常刹车时两副高速闸的动作顺序相反，确保两副刹车片均匀磨损。（2） 安全刹车a) 叶尖和一副高速闸同时制动，发电机脱网； b) 叶轮转速为零时，第

15、2部闸抱死；c) 刹车完成后叶尖收回。（3） 紧急刹车只有在风力机组的紧急停机链断开时：a) 切除多个继电器和接触器、电磁阀的工作电源；b) 叶尖和两副高速闸同时制动；c) 紧急停机链断开的同时发电机脱网。复位后，控制器检测系统是否有故障，如果存在故障风力机组将停止自动启动程序。如果没有故障，紧急停机链恢复。2.4 维护模式风力机组有两种不同的维护模式：维护模式1通过下平台控制柜侧面的维护钥匙开关控制，当维护钥匙开关置“维护”时，禁止中央监控计算机控制风力机组。维护模式2详见机舱控制柜（TB1）的介绍。3. OP170B操作说明31介绍电控系统的人机界面采用西门子的OP170B中文操作面板，包

16、括多功能键盘和液晶显示屏，使用者能够根据自己的需要在相应的菜单下方便的获取所需的信息，同时能对风力机组的运行状态进行相应的控制操作。ABCEDONMGFHIJKLP2显示屏介绍A. 风机状态B. 风机时间C. 偏航方向D. 主要内容E. 下一屏（有此标示时， 在同级菜单内F14向下翻页，）F. 测试功能（在未经授权时不能使用）G. 停止偏航H. 右偏航I. 左偏航J. 复位K. 停机L. 启动（持续按下3秒）M. 页码N. 上一级（有此标示时，按F10回到上一级菜单）O. 上一屏（有此标示时， 在同级菜单内F9向上翻页，）P. 显示故障名称或“系统正常”该计算机菜单系统包含多级菜单，内容包括了

17、风力机组的状态显示，数据统计，参数设置等。开机后，操作面板的处理器自检一段时间后，将进入风力机组的“主要信息”界面，按“上级”键可进入主菜单，主菜单包括：主要信息，输入状态，输出状态，故障记录，统计数据，参数设置。可以通过操作面板上的Help察看各按钮菜单下包括的内容，用Esc键可以退出帮助界面， 菜单结构如下：3.2菜单信息说明3.2.1主要信息1当前风速2叶轮转速3电机转速4环境温度5有功功率6A相电压7偏航角度8风向角度9齿轮油温度10齿轮箱轴承温度11环境温度12机舱温度13发电机前轴温度14发电机后轴温度15发电机温度16A相电流17B相电流18C相电流19A相电压20B相电压21C

18、相电压22频率23有功功率24无功功率25功率因数26总发电量27总发电时间28发电量小记值29发电小时小记值30消耗电量31无功电度+32无功电度-33通电时间34松闸时间35故障时间36系统OK时间37维护时间38风机可利用率39风可利用率40可利用率41叶尖压力42系统压力3.2.2输入状态显示所有输入开关量的当前状态。输入信号：序号名称正常状态功 能1齿轮油堵塞On如果为Off,齿轮油过滤器堵塞2液压油位On如果为Off,液压站油位低3齿轮油压力On齿轮泵工作时，如果为Off,齿轮油压力低4齿轮油位On（未配备）5Orbivibl振动信号On如果为Off，振动信号6旁路过滤器堵塞On（

19、未配备）7偏航计数1On/Off8偏航计数2On/Off9机舱左偏航OnOn,机舱左偏航10机舱右偏航OnOn,机舱右偏航11机舱维护OnOn,维护模式12机舱启动OnOn,启动13机舱停止On如果为Off,风机停止运行14Orbivibl 过速信号OffOn,发生过速15 16振动开关OffOn,振动摆锤动作17左偏开关OffOn,凸轮计数器动作18右偏开关OnOn,凸轮计数器动作19闸1反馈On松闸后On正常20闸1磨损On如果为Off，闸1磨损21闸2反馈On松闸后On正常22闸2磨损On/Off如果为Off，闸2磨损23旁路反馈On如果为On,旁路接触器吸合24发电机反馈On如果为On

20、,发电机接触器吸合25主空开On如果为Off,主空开断开26GW04 OKOn如果为Off,软启动故障27GW04 旁路On/OffOn软启动全导通,Off软器未全导通28旁路过滤器过载On(目前没配备)29液压泵过载On如果为Off, 液压泵过载30偏航电机过载On如果为Off, 偏航电机过载31齿轮油泵过载On如果为Off,齿轮油泵过载32冷却器过载On如果为Off,冷却器过载33电容反馈On(目前没配备)34紧急停机On如果为Off，安全链断开3524VDC控制电压On如果为Off，24VDC控制电压丢失36安全链反馈On如果为Off,安全继电器触点断开37控制柜维护3.2.3输出状态显示所有输出开关量的当前状态。3.2.4故障记录记录了最近发生的32条故障。3.2.5统计数据统计数据包括：故障统计、计数器、最值记录、动作记录3.2.5.1故障统计：记录了每条故障发生的次数、故障持续的时间长度、最近发生的时间。 在故障号处输入需查看的故障号按Enter键确