风电机组变桨系统维护与维修的方法要求及注意事项

风电机组变桨系统维护与维修的方法要求及注意事项1.1变桨系统概述及工作原理绝对B编码器绝对B编码器电池箱电池箱轴控箱轴控箱中央控制柜中央控制柜变桨驱动变桨驱动变桨系统剖面图变桨系统安装在轮毂内，它可以实现三个桨叶独立变桨。每个叶片上都带有一个备用电池箱，当电网掉电、变桨供电故障、控制单元故障时,备用电池箱能维持系统的正常工作。变桨系统主要包括一个变桨中央控制柜，三个轴控箱，三个电池箱，三个直流电机，六个机械限位开关，三个绝对编码器，温度传感器。变桨系统的作用是控制风机叶片旋转到设定的角度。通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气动力制动的方式使风机安全停机。风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片顺桨到91度限位位置）。此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动记录变桨角度。风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。1.1.1中央控制箱变桨中控制箱执行轮毂内的轴控箱和位于机舱内的机舱控制柜之间的通讯工作，主要用于电能分配和执行PLC控制指令，与外部接口电路必须要考虑过压和防雷措施。位置控制器8A1（型号为：GEL8230Y001）位于变桨中央控制柜中，用于控制叶片的变桨位置。另外，三个电池箱内的电池系统的充电过程由安装在变桨中央控制柜中的中央充电单元控制。位置控制器位置控制器电池充电单元电池充电单元中央控制箱实体图中央控制箱元器件配置图1.1.2轴控箱采用晶闸管转换器3A1（型号为：DGNR-050Z）控制电机转速。在变桨系统内有三个轴控箱。每个叶片分配一个轴控箱。变流器变流器 轴控箱实体图轴控箱元器件配置图1.1.3电池箱电池组电压216V，内装18节12V/7.2Ah蓄电池，采取有效的设计措施延长电池使用寿命，保证在正常使用情况下，电池使用寿命不短于3年。每个轴控箱分配一个电池箱，在供电故障或EFC-复位信号（紧急顺桨控制信号）的情况下，每个叶片都各自转动到顺桨位置。各轴电池箱给电机的供电相对独立，一个轴的电池供电失效不会影响其它轴的供电效果，确保了单个叶片的顺桨失效不会影响整机的安全制动（两个叶片可以执行安全顺桨）。电池箱内，电池供电线路的输出端装有熔断器（63A），供电线路发生短路或过载时熔断器保护动作。电池箱实体图电池箱元器件配置图1.1.4变桨电机单相直流串励电机，并联电阻器以防止空载掉电飞车发生。变桨电机实体图1.1.4限位开关限位开关实体图1.1.5绝对型位置编码器B位置编码器B实体图1.1.6位置编码器A位置编码器A实体图1.1.7温度传感器温度传感器实体图1.2维护要求及注意事项变桨系统是风机中很重要的一部分，它的损害有可能导致重大事故的发生，所以要定期对其进行正规、仔细的检查和维护。在对变桨系统进行任何工作之前，特别是在打开带电部件的盖子之前，必须确保部件和设备已经按照规定的要求断电。另外也要小心主电路的助推或辅助电流，特别是静态加热系统。变桨系统的维护在安全方面要注意以下几点：1)使用带绝缘保护的工具；2)防止误操作引起系统重启；3)隔离系统的供电电源；4)避免接地和短路事故；5)带电部件必须加以隔离或绝缘；6)由于电控箱的盖子比较重，其打开或移动时要特别小心，以防止损坏其它电气部件或造成人身伤害。1.3常规维护1.3.1电控柜内元器件的紧固由于风机运行时变桨系统会随轮毂一起做强烈的振动，在一段时间之后螺栓连接可能会松动。因此，在常规的年检中，必须检查能接触到的特别是柜内重要电气元件的螺栓连接并进行必要的紧固，重点是线耳和连接铜排之间的螺栓紧固，并记录检验结果。序号电压级别部件名称元件号连接点1400V中控箱1F21/3/5,2/4/62400V中控箱1F31/3/5,2/4/63400V中控箱1F41/3/5,2/4/64400V中控箱X0/N1、2、3、45400V轴控箱1Q1L1,L2,L3/T1,T2,T36400V电机C1主要接点检查表1.3.2变桨系统电气维护时间表描述优先检查每年每两年每三年控制箱箱体目测检查：损坏、密度、湿度、高热或烧焦痕迹√检查电缆的紧固√检查相关文件或图纸的完整性√控制器件的性能测试√对箱盖密封性和箱体固定的目测检查（要确保箱体固定牢靠）√检查接地导体，接地线及等电位连接是否牢靠√电气设备和电缆的目测检查√安全设备的目测检查和调整√对下列部件进行目测检查和功能测试，必要时将其更换目测检查：－电池隔膜√－保险丝√－直流电机炭刷√－测速发电机炭刷√－变桨控制器√－轴控箱变流器√功能测试：－防雷保护系统√－时间继电器√－接触器√－加热电路√－电池电压监控√－电机制动√－微型断路器和马达保护开关√－残余电流保护装置（RCD）√更换部件：－电池组√定期检查表1.3.3充电器充电器1.3.3.1充电电压的温度补偿充电器具备充电电压的温度补偿功能，充电电压的大小根据温度的变化进行自动调整，20°C（电池周围环境温度）时的标称浮充电压值为：250VDC，浮充电压的校正系数为：±20mV/（°C·单体），充电电压与电池周围环境温度成反比关系。可对电池进行充电的电池周围环境温度范围为：-20°C~+60°C。变桨系统1号电池箱内配有一个温度传感器（1V1），此温度信号直接传给充电器，充电器根据此温度信号进行充电电压的温度补偿（其它电池箱的充电环境温度参考1号电池箱）。1.3.3.2充电器信号输出充电器的输出信号包括一组LED指示灯和一组继电器信号，用来指示当前充电电压的状态、电池组的连接状态、充电器的输入电源状态。（1）SENSONOK指示灯指示灯常亮，表示温度传感器（1V1）与充电器的连接正常且为规定连接方式。指示灯灭，表示充电器的充电电压温度补偿功能失效，需要检查传感器与充电器的连接。充电器检测不到温度信号时就假设电池周围环境的当前温度为20°C，充电电压为标称充电电压：250VDC。（2）UV/OVOK指示灯这是个复合信号指示灯，它指示充电器的输出端电压是否正常（是否有出现过压或欠压状态）。指示灯常亮，表示充电电压在规定的范围内；指示灯灭，表示充电电压出现欠压（电压低于156~166VDC时）或出现过压（电压高于267~278VDC时）。（3）BATT/MAINSOK指示灯这是个复合信号指示灯，指示电池组的连接状态和充电器输入电源的状态。指示灯亮，表示充电器与电池组的连接正常、充电器有输入电源且电压在规定范围内。如果指示灯灭则存在以下两种故障可能性：充电器输入电源故障和电池故障。1.3.3.3充电器接线图充电器接线图检测信号Battery/mainsokcharging和Over/Undervoltageokcharging直接输入变桨系统主控制器，正常情况下为：+24VDC（对应的LED指示灯亮），相应点故障时变为：0VDC（对应的LED指示灯灭）。充电器直流电输出端装有一组熔断器（6F1：6.3A）：充电回路出现短路或过载时熔断器保护断开，电池箱内充电回路上也装有熔断器（2F1：6.3A），两个熔断器对充电回路进行联合保护。1.3.3.4充电控制3个电池箱内的电池统一由位于中控箱内的充电器（6A1）进行充电。充电器依次给1号电池箱、2号电池箱、3号电池箱进行定时充电，正常通电情况下每个电池箱连续充电15分钟，45分钟为一个充电循环。中控箱内的3个接触器6K1、6K2、6K3接受变桨系统主控制器的命令分别控制3个电池箱充电回路的通断。1.3.3.5电池箱环境控制每个电池箱内都装有一个PT100温度传感器用于检测各电池箱的环境温度，温度信号分别传给位于中控箱的3个温度控制器，温控器根据各电池箱的当前环境温度控制对应电池箱的加热器的加热状态。每个电池箱内分别装有3个45W的加热器。电池箱的箱体上有通风窗、通风窗的内表面贴有透气隔膜以防止湿气进入箱内，保持电池箱内干燥通风。1.3.4电池组的检修及维护电池箱内的带电连接件上有可达248V的直流电（电池组的额定电压：216VDC，电池充电完成后电压可达248VDC），对电池箱进行操作维护前要先将变桨系统相关电源断开。断电操作步骤：1）依次断开中控箱内2F1、2F2、2F3、2F6、2F7等230V空气开关，1F2、1F3、1F4等400V空气开关；断开机舱柜内230VUPS、204F4空气开关，断开空气开关204Q1，确保电池充电器没有在充电状态；2）断开轴控箱上的主电源开关和电池供电开关；3）断开电池箱熔断器1F1、1F2。主电源开关及电池供电开关电池箱熔断器1F1、1F2此种电池为密封式阀控铅酸蓄电池，不需要定期加补充酸液和水，所以也称其为“免维护”蓄电池，但并不表示其不需要其它常规维护。正确的使用和维护对提高蓄电池供电的可靠性、安全性及蓄电池的使用寿命非常重要。为了确保蓄电池的安全使用，蓄电池需要执行的常规检查及维护有：1)蓄电池的外观及接线检查：检查电池外观有无变形或严重发热，检查电池组及其连接导线是否干净，是否连接牢固，是否有腐蚀，并根据需要及时更换或紧固。2)清洁度检查：检查电池组（特别是电极处）是否干净、干燥，要及时清洁蓄电池外壳上的污渍，保持电池清洁干燥，清洁时要使用干燥的抹布或无金属物的毛掸进行，防止漏电。3)检查电池箱的输出电压：电池组充完电后每个电池箱在空载的情况下的输出电压至少要达到216VDC。4)检查电池组的电容量，目前还没有简单可行的方法直接检查电池组的电容量，因此，可以采用对比测量的方法检查电池组带动电机动作的运行时间来判断其电容量是否满足要求：测试前先给电池组充满电，测量电池组带载运行的时间并做好对比记录。如果在规定的转动角度内电池供电变桨动作的时间太长（与电容量正常情况下的动作时间做对比），则电池的电容量可能已经减少，一旦确定某个电池箱内的电池组的容量已将减少，要立即进行更换（更换整个电池箱内的所有电池组）。每个电池组的额定电压是72VDC。为了保证操作人员的安全，在对电池组进行维护或更换时不要接触电池的正极或负极。拆卸电池组的注意事项：1)断开电池供电开关并移出保险丝。2)拆除接地电缆和电池组之间的连接电缆。3)卸下电池组上的螺丝。电池组的拆卸1.3.5更换损坏的连接电缆损坏的电缆要及时更换。下表给出了连接电缆的编号和长度。项目数量功能（从…到…）连接器类型长度SSBArt.-No./电缆A11中央控制柜－轴控箱1HANK4/0(4-pole)5000mmF1-03-21*720电缆A21中央控制柜－轴控箱2HANK4/0(4-pole)5000mmF1-03-21*721电缆A31中央控制柜－轴控箱3HANK4/0(4-pole)5000mmF1-03-21*722电缆B11中央控制柜－电池箱1HANE6(2*8-pole)5000mmF1-03-21*723电缆B21中央控制柜－电池箱2HANE6(2*8-pole)5000mmF1-03-21*724电缆B31中央控制柜－电池箱3HANE6(2*8-pole)5000mmF1-03-21*725电缆C11轴控箱－变浆电机1HANMOD24(2+2+8+12-POLE)5000mmF1-03-21*726电缆C21轴控箱－变浆电机2HANMOD24(2+2+8+12-POLE)5000mmF1-03-21*726电缆C31轴控箱－变浆电机3HANMOD24(2+2+8+12-POLE)5000mmF1-03-21*726电缆F11中央控制柜－轴控箱1HANE6(6-pole)5000mmF1-03-21*727电缆F21中央控制柜－轴控箱2HANE6(6-pole)5000mmF1-03-21*728电缆F31中央控制柜－轴控箱3HANE6(6-pole)5000mmF1-03-21*729电缆G11中央控制柜－轴控箱1HAN24DD(24-pole)5000mmF1-03-21*730电缆G21中央控制柜－轴控箱2HAN24DD(24-pole)