0兆瓦风力发电机组测量传感器与模块

授课：***编订：孙伟修改：***金风大学运维学院2015年3月31日金风2.0兆瓦风力发电机组测量传感器与模块一、温度测量用传感器与模块二、转速测量用传感器与模块三、振动测量用传感器与模块四、角度测量用传感器与模块五、风速、风向测量用传感器与模块六、电能测量用传感器与模块七、其它测量用传感器与模块课程目录一、温度测量用传感器与模块在风力发电机组中，需要监测大量部件的温度，以保证这些部件能够工作在正常的温度下，并及时给机组控制系统提供各个部件的温度情况，使机组的控制系统做出及时反应动作，避免部件温度过高出现损伤及烧毁的问题。在风力发电机组使用的温度传感器主要为温度电阻Pt100和热敏电阻。

在金风2.0兆瓦风力发电机组中温度电阻Pt100用于发电机温度测量、环境温度测量、控制柜温度测量、冷却系统温度测量、发电机内外循环风道温度测量、机舱温度测量等。

在金风2.0兆瓦风力发电机组中

热敏电阻用于变桨电机过热保护、偏航电机过热保护、充电器直流预充电保护等。

一、温度测量用传感器与模块这种温度传感器是利用导体铂（pt）的电阻值随温度的变化而变化的特性来测量温度的。通常这样的温度传感器可以测量负200到正500摄氏度的范围，而且在这个温度范围下，铂的电阻值和温度具有良好的线性关系。温度电阻Pt100的特性：0摄氏度时，温度电阻Pt100的电阻值正好是100欧姆，其阻值随温度的上升而上升，随温度的下降而下降，呈现正温度系数特性。温度传感器Pt100热敏电阻

一、温度测量用传感器与模块热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。热敏电阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏电阻（CTR）。热敏电阻（PTC）的温度—电阻曲线图一、温度测量用传感器与模块热敏电阻PTC一般与热敏电阻继电器一起使用，当热敏电阻监测继电器检测到串接在其检测端的电流减小到一定程度时，热敏电阻监测继电器失电动作切断给用电设备的供电，起到保护作用。当电路排除故障后，热敏电阻的阻值会迅速恢复到原来的阻值水平，热敏电阻无需更换而可以继续使用。金风2.0兆瓦风力发电机组中偏航电机的保护中使用了热敏电阻PTC与热敏电阻继电器。

ABBPTC热敏电阻电动机保护继电器二、转速测量用传感器与模块目前，风力发电机组中大量使用的转速测量传感器大致上分为两种，一种是接近开关，另外一种是增量式旋转编码器。当然随着技术的发展，其它类型的转速测量模块也被陆续的应用到风力发电领域。金风2.0兆瓦风力发电机组中叶轮转速的测量是通过接近开关及Overspeed转速模块或增量式旋转编码器来实现的，发电机转速测测量是通过GW转速模块来实现的。接近开关二、转速测量用传感器与模块接近开关

接近开关是一种不与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动交流或直流电器或给计算机装置提供控制指令。二、转速测量用传感器与模块金风2.0兆瓦风力发电机组中叶轮转速的测量是通过接近开关及Overspeed转速模块来实现的。OverSpeed叶轮转速测量二、转速测量用传感器与模块OverSpeed模块测速原理GW模块发电机转速测量二、转速测量用传感器与模块金风2.0兆瓦风力发电机组中发电机转速的测量是通过GW-POT+GW-SPEED转速模块来实现的。二、转速测量用传感器与模块二、转速测量用传感器与模块GW模块的接线二、转速测量用传感器与模块为了测量机组的异常振动（如叶片的摆振），所有的大型风力发电机组都装有振动测量传感器。一般机组会安装2个监测目的不相同的传感器，一个被用于监测机组的振动频率（或加速度），另一个被用于监测因振动激励而引起的振动幅度。三、振动测量用传感器与模块机舱加速度测量模块主要用于检测机舱和塔架的低频振动情况，频率范围为（0.1--20Hz），可以同时测量垂直2个方向的加速度，加速度的测量范围为（-0.5g--+0.5g)。加速度输出信号与输出电压的关系，如下所示：X方向加速度[V]：-0.5g=0V;0g=5V;+0.5g=10VY方向加速度[V]：-0.5g=0V;0g=5V;+0,5g=10V1g->9,81m/s²金风2.0兆瓦机组中的加速度传感器是使用专用加速度芯片(ADXL322或类似芯片)搭建的专用电路模块。二、转速测量用传感器与模块ADXL322芯片原理用芯片来测量机组当前的振动加速度值，并在机组的控制程序中设置了加速度的允许值（或者不同风速的情况下，对应不同的振动加速度限定值），一旦传感器测定到的振动加速度值（X方向或Y方向）超过限定值，机组立即执行相应的保护程序。三、振动测量用传感器与模块振动开关振动开关监测的是机组的机舱的振动摆幅，同时也是机组振动的最后一道保护，其开关触点被串接在机组的安全链回路里。常见的振动开关有摆锤式和链球式两种。金风2.0兆瓦风力发电机组中使用的是摆锤式振动开关。四、角度测量用传感器与模块金风2.0兆瓦风力发电机组中，应用角度测量控制部位分别是叶片的变桨角度和偏航的机舱角度。叶片角度采用绝对值旋转编码器测量，偏航的机舱位置角度采用TER凸轮计数器（或称偏航位置传感器）中的旋转变阻器（电位器）测量。四、角度测量用传感器与模块绝对值旋转编码器目前，公司使用的绝对值旋转编码器有两种：一种是多圈磁性旋转编码器（堡盟GM400）；另一种是多圈机械旋转编码器（库伯勒sendix编码器）。绝对值旋转编码器的基本结构原理四、角度测量用传感器与模块Bit1Bit2BitnselectF/R*strobeshaftinfraredtransmitter-LEDpulsediskphotodiodearrayonlyforabsoluteencoderwithcodeconvertercompa-ratorsmemorycode-converteroutputdriverN透镜脉冲盘光电-ASIC磁铁传感器轴LEDASIC数据锂电池cw/ccw,

零位设置,电池检测四、角度测量用传感器与模块堡盟GM400基本结构原理四、角度测量用传感器与模块库伯勒机械旋转编码器基本结构原理四、角度测量用传感器与模块四、角度测量用传感器与模块四、角度测量用传感器与模块由于风力发电机组的发电机电缆及所有电气、通信电缆均从机舱直接引入塔筒，直到地面的控制柜及配电柜如果机舱经常向一个方向对风偏航，会引起电缆的严重扭转。因此，风力发电机组的偏航系统都具备扭缆保护的功能。要对电缆进行保护，就必须对机组的偏航位置进行测量、监测并实施限位保护，这就需要用到传感器。金风2.0兆瓦机组中采用TER凸轮计数器（或称偏航位置传感器）进行保护。四、角度测量用传感器与模块金风2.0兆瓦机组中，TER凸轮计数器使用旋转变阻器（电位器）采集机组偏航位置，使用内部的凸轮触点及微动开关实施机组的偏航限位保护。四、角度测量用传感器与模块四、角度测量用传感器与模块金风2.0兆瓦机组中，除了使用TER凸轮计数器使用旋转变阻器（电位器）采集机组偏航位置外，还用了两个接近开关进行偏航位置测量，用于机组绝对位置的计算。五、风速、风向测量用传感器与模块风速和风向是风力发电机组需要测量的重要参数。风速的测量需要使用风速计（仪），风向的测量需要使用风向标。在风电领域常见的风速计为转杯式风速计和超声波测风仪。在风电领域常见的风向计为舵式风向标和超声波测风仪。金风2.0兆瓦风力发电机组使用的是转杯式机械旋转风速仪和尾舵式机械旋转风向标，部分机组安装了超声波测风仪。五、风速、风向测量用传感器与模块单片机4—20mA2—10V0—10V0—576Hz0—360度0—50m/s0—75m/s机械旋转风速仪、风向标工作原理超声谐振风速风向传感器

五、风速、风向测量用传感器与模块六、电能测量用传感器与模块电压互感器注意：使用过程中电压互感器的二次侧不能短路，否则会烧坏电压互感器。电压互感器元件符号：六、电能测量用传感器与模块电磁式电压互感器的基本原理电容式电压互感器的基本原理六、电能测量用传感器与模块霍尔磁平衡式电压互感器的基本原理金风2.0MW水冷变流机组主控柜中的电压互感器六、电能测量用传感器与模块普通电流互感器的基本原理穿心式电流互感器的基本原理六、电能测量用传感器与模块变流器出口的电流互感器六、电能测量用传感器与模块磁场平衡式霍尔电流传感器原理图六、电能测量用传感器与模块六、电能测量用传感器与模块金风2.0兆瓦风力发电机组中使用LEM的霍尔电流互感器和过流过压模块进行发电机的过流和不平衡故障的监测保护。当机组发电机出现过流、缺相、不平衡故障时，过流过压模块根据霍尔电流互感器测量的电流对发电机断路器的欠压脱扣线圈断电，分断发电机断路器进行保护。伍德沃德MFR300测量保护模块MFR300利用采样测量值方法测量变化的电压/电流值。使用5kHz的速率采样每一相的所有数据，在一周期内进行积分运算，通过计算得到均方根值。有功功率值通过计算电流和电压相乘值的积分得到的。频率是由电压过零的间隔时间确定的。无功功率是通过电压和电流之间的相位移计算得到的。功能：4个可自由配置的转换继电器1个自检继电器CANbus接口LED1:LED1常亮绿色，表示设备已经自检正常。LED2:LED2变成红色，表示CANbus的3个传送PDOs被配置成“SYNC”传送方式并且在3秒内没有收到CANSYNC消息。六、电能测量用传感器与模块六、电能测量用传感器与模块七、其它测量用传感器与模块

限位保护或位置测量—行程开关金风2.0兆瓦风力发电机组中变桨系统使用行程开关，进行变桨系统位置的限制以进行安全保护。安全门也使用行程开关进行安全保护。行程开关行程开关结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击产生。示意图未撞击撞击七、其它测量用传感器与模块金风2.0兆瓦

机组中变桨系统使用的行程开关七、其它测量用传感器与模块金风2.0兆瓦

机组中发电机安全门使用的行程开关七、其它测量用传感器与模块发电机锁定销位置检测---行程开关液压系统压力开关（继电器）七、其它测量用传感器与模块压力继电器俗称压力开关，是一种简单的压力控制装置，当被测压力达到设定值时，压力开关可发出警报或控制信号。当从继电器进油口进入的液体压力达到调定压力值时，克服弹簧压力推动柱塞移动，此位移通过挡片推动微动开关动作。改变弹簧的压缩量，可以调节继电器的动作压力。液压系统液位开关七、其它测量用传感器与模块液位开关，顾名思义，就是用来检测或控制液位的开关。从形式上主要分为接触式和非接触式。非接触式