[科普中国]-风机安全链

简介

风力发电机组控制系统的安全可靠性，不仅关系到风力发电机组能否正常发电，甚至影响到风电场长期安全可靠运行。大型风力发电机组通过控制系统的安全设计，采取必要的手段，尽量提高控制系统的可靠性，使系统尽量不出故障或少出故障，并在故障出现后以最快的速度修复系统，使之恢复正常工作。下面就沈阳华创风能设备有限公司的CCWE-1500/82型风力发电机组的控制系统进行分析，其安全保护系统也是由安全链组成的2。

安全链介绍在风力发电机组控制系统中，安全保护系统是确保风机安全的最高层的防护措施。机组安全系统也叫做安全链，它是独立于计算机系统的软硬件保护措施。采用反逻辑设计，将可能对风力机组造成严重损害的故障节点串联成一个回路，该回路主要包括:紧急停机按钮(塔底主控制柜)、发电机过速、扭缆开关、变桨系统安全链信号、紧急停机按钮(机舱控制柜)、振动开关、主轴过速模块、24 V电源失电、并网开关闭合信号、控制模块运行状况以及主线路闭合信号。一旦其中的一个节点动作，将引起整条回路断电，机组立刻即紧急停机，执行机构失电，机组瞬间脱网，并使主控系统和变桨系统处于闭锁状态，从而最大限度地保证机组的安全。如果故障节点得不到恢复，整个机组的正常的运行操作都不能实现。同时，安全链也是整个机组的最后一道保护，它处于机组的软件保护之后2。

风力发电机组的安全链是十分重要的，在逻辑上，安全链系统的等级比控制系统要优先。其目的是为了确保风力发电设备在出现故障时，设备仍处于安全状态。如果出现比较大的故障，安全链系统的任务是保证设备安全动作，使24V和230V带电回路掉电，风机正常停机。安全链一般分为两部分:一级安全链和二级安全链，一级安全链主要是主控制系统的安全保护装置，二级安全链主要是变桨系统的安保装置。安全链的系统主要由复位按钮，并网接触器，主断路器，发电机超速模块，叶轮超速模块，振动开关，变桨柜急停按钮，主控制柜(塔底柜)急停开关，机舱急停开关等九个节点组成，串联到主控柜里中的安全继电器中，安全继电器是机组安全链的核心部件，是安全链的执行机构。机组上电后，正常状态下，整个安全链是带24V电的，如果机组某个部件出现故障时，那么与它所对应的节点断开，安全链失电。由安全继电器控制的230V供电回路同时失电，整个电磁阀回路和230V回路中的交流接触器失压，机组进行紧急刹车过程。执行机构的电源230VAC, 24VDC失电，机组处于闭锁状态。同时每一个结点的闭合和断开都有信号传到数字量输入模块中。在模块中，有信号指示灯来显示各个节点的状态。维护人员可通过各节点状态分析故障原因。

安全链故障及其分析保护环节以“失效一保护”原则进行设计。即当控制失败、内部或外部故障导致机组不能正常运行时，系统安全保护装置动作。确保机组处于安全状态。当出现超速、发电机过载故障、过振动、电网、负载丢失及脱网时的停机失败等现象时，系统自动执行保护功能。保护环节为多级安全链互锁，在控制过程中具有逻辑“与”的功能，而在达到控制目标方面可实现逻辑“或”的结果。下面就几种常见的安全链故障现象及原因进行分析:

急停开关故障故障现象:急停无反馈信号输入到控制模块中，指示灯是熄灭的，重复按主控柜(塔底柜)上的复位按钮无法复位。分析原因:

(1)机舱急停开关和主控柜急停开关按钮被按下;检查两个急停开关是否按下，如果按下，旋送按钮后按复位按钮即可。

(2)急停回路断开或主控柜急停开关接线端子松开，接触不良，造成急停开关输出断开信号从而使安全链断开。

左右偏开关故障故障现象在风机运行过程中，偏航系统达到720度的扭缆条件，扭缆保护装置启动，左右偏开关触动，使安全链断，机组进入紧急停机状态。分析原因2:

(1)扭缆开关凸轮计数

器是机械式的行程开关，由控制开关和触点机构组成，当它们的行程到达设定值时，触点机构被提升或松开从而触发控制开关，因此，首先要考虑扭缆开关的左右偏开关触点位置调整是否正确。在处理此故障时，应该解缆顺揽，使凸轮计数器的基点归位。

(2)其次要考虑线路接线是否有问题，左右偏计数器接线是否接反。

叶轮过速故障故障现象:安全链失电，机舱柜内输入模块上过速指示灯熄灭，机组紧急刹车停机。故障分析:

(1)报叶轮过速故障时，有强风刮过，并且叶轮转速超过设定值了，为正常保护故障，按复位按钮即可。

(2)叶轮转速的检测传感器与叶轮距离过远或过近，导致传感器采点不规律，使模块内部的计量错乱，从而引起叶轮过速故障。

发电机过速故障故障现象:安全链失电，机舱柜内输入模块上过速指示灯熄灭，机组紧急刹车停机。故障分析:

(1)报发电机过速故障时，有强风刮过，并且发电机转速超过设定值了，为正常保护故障，按复位按钮即可。

(2)发电机转速的检测传感器与发电机轴路离过远或过近，导致传感器采点不规律，使模块内部的计量错乱，从而引起发电机过速故障。(3)发电机相序接反，也会导致同样的效果，解决办法是更改发电机相序。

振动开关故障故障现象:安全链失电，在输入模块上振动指示灯熄灭或者控制柜显示屏上看到安全链节点信号是0。故障分析:

(1)振动开关被其他物体碰到导致断开，24YDC失电。检查振动开关重锤有无被外物碰到。

(2)检查振动开关内部线路，检查接线是否松动或脱落。

轮毅中变桨系统故障故障现象:主控系统的模块指示灯会熄灭，主控系统中的安全链节点信号是0，以及主控系统报的故障一般是变桨驱动器故障。故障分析:

（1）变桨柜上的急停按钮故障，查看按钮是否正常，接线是否牢固3。

（2）变桨系统内部的故障，根据变桨系统报的故障，查看变桨驱动器及线路故障，排除故障，系统恢复正常。

硬件问题或回路问题安全链系统几乎贯穿风机内部的所有回路，安全链所接设备较多，节点也较多，并且从机舱柜到轮毅内部的变桨柜是需要经过滑环的，而从滑环到变桨柜是需要重载连接器。因此，在实际运行中，安全链连接回路上也经常出现问题。出现此类问题，只能对整个安全链回路进行检查。