兆瓦級風電變漿距自動控制系統故障診斷

許繼電氣風電控制技術研發中心 張舉良 陶學軍

許繼集團有限公司 馬儀成

兆瓦級風電變漿距自動控制系統故障診斷

許繼電氣風電控制技術研發中心 張舉良 陶學軍

許繼集團有限公司 馬儀成

當前，由于環保和節能減排的需要以及風電技術本身的發展和完善，風電在我國的應用越來越廣泛，應用前景也越來越廣闊。眾所周知的是對風機及其控制系統的維修和檢修成本高且困難多。對風機故障的快速查找和準確定位不但有益于維修，還能提高風機系統運營效益。隨著風電控制技術的不斷發展，參考其他領域的故障定位方法，結合風電控制系統的自身特點，本文提出一種可以快速、方便、準確地定位風機系統故障的信息流故障診斷方法。

一、變槳距系統簡介

變槳距系統應用于兆瓦及以上風機電動調槳和啟動剎車。系統接收風力發電機組控制系統指令，實時調節槳距角，降低機組所承受的載荷水平，達到機組的最優運行和安全運行。依據主控要求自動啟動、自動調槳、自動順槳等。如通過風力發電機組控制系統下發速度、加速度及變槳角指令進行變槳距控制。變槳距系統應自動在整個變槳范圍內工作正常，并同步槳葉，控制風機滿足要求。常見的7柜電動控制方案包括中央控制柜、電機、驅動柜、電池柜、安全鏈系統和通訊接口（通過滑環連接到主控）等組成，系統結構如圖1所示。

圖1 變槳距系統結構

二、故障信息分類

變槳距系統常見故障信息可分為2類：預告報警類和觸發安全鏈類。預告報警類包括一般設備變位、狀態異常信息等。如驅動柜230V供電異常、溫度斷線。觸發安全鏈類包括：驅動器故障、通訊異常等。如心跳異常、安全鏈24V失電。預告報警一般不影響系統的主要功能，出現此類故障時變槳距系統本身不作處理，只把故障信息主動送往主控系統，由主控系統判斷是否采取措施、何時采取措施及采取何種措施，在采取措施前允許系統正常運行。觸發安全鏈類信息若不處理將會造成巨大的損失和嚴重后果，出現此類故障時變漿距系統本身應該根據具體故障采取預定的處理方案，自動下發處理指令，控制系統采取預定緊急措施，并把故障信息優先主動上傳至主控系統。如出現異常時變槳系統將不會接收主控的調槳指令甚至接收錯誤的指令，使風機的槳葉不可控，在風速大時會出現過載，甚至風機倒塌的情況，此時變槳距系統應立即由后備電池驅動調槳電機緊急停機并上傳故障信息。

三、故障診斷分析方法

風機使用壽命長達20年，在運行過程中難免出現各種故障，在出現故障時我們如何快速、準確的定位故障，分析故障的真正起因，為采取正確的處理措施提供有力的決策依據是擺在我們面前的重大課題。

一般的故障診斷系統包含2個方面：信息采集和故障模型。根據實時采集的信息和歷史運行信息，參照故障模型，就可以自動、快速、準確地進行故障定位，繼而采取正確的后繼處理措施，所以建立變漿距系統的故障診斷系統，首要任務就是分析需要采集哪些實時信息、存儲哪些歷史信息，建立各種典型常見故障的故障模型。出現故障時我們首先看故障信息和現象，然后建立和查找信息流圖，找到相應的故障回路，確定可能的故障點。此方法類似畫電路圖一樣畫出相關故障信息流突，下邊舉例來說明。

1.限位開關誤觸發。槳葉位置不在限位位置限位開關觸發，則為限位開關誤觸發。每個槳葉在順槳位置設置了2個限位開關，即91°和96°限位開關，其相關信息繪圖如圖2所示，由后備電池作為電源，通過電源總開關4Q1及微斷引入到限位開關中，并由限位開關繼電器采集限位開關狀態反饋到控制器中。

圖2 限位開關信息流

出現在非限位位置限位開關觸發，若系統方便檢查的話沿著回路最多只需借助萬用表進行檢查就可找到故障原因。否則首先觀測系統信息，做出初步判斷。若只有91°或者96°限位開關當中的一個觸發，則能確定是次限位開關故障或限位開關繼電器故障需要檢修（如輪轂有異物需打掃）或更換，若是91°和96°限位開關都誤觸發，則可能的故障為：電源電壓過低，不能驅動繼電器；電源總開關4Q1斷開；微斷沒合上；回路斷線或接觸不良；限位開關故障；限位開關繼電器故障。

系統中控制器直接采集了限位開關繼電器（91°、96°限位開關）和微斷（驅動器216VDC失電）的信息，若微斷正常，再通過相關信息判斷直流電源和電源總開關4Q1的狀態，直流電源通過直流電壓監視器和充電器節點判斷其是否正常，電源總開關4Q1的狀態通過充電器節點充電回路斷線來判斷，回路接觸不良信息將會不止一次的出現，這樣不能確定只剩下限位開關故障、限位開關繼電器故障或回路斷線，回路部分全在驅動柜內部，一般不會損壞，限位開關繼電器一般也不會2個同時出現故障，在輪轂內有塵物2個限位開關同時損壞的情況也不經常出現，利用這些信息我們將很容易地在遠方判斷、分析和定位故障。針對以上問題我們應采取以下應對措施：若是電源電壓過低，不能驅動繼電器，可控制對電池充電，若還不行則更換電池；若電源總開關4Q1斷開，合上。微斷沒合上，合上；若回路斷線或接觸不良，更換或緊固電纜線；若限位開關故障，維修或更換限位開關；若限位開關繼電器故障，更換繼電器。

2.編碼器位置不變。編碼器是完成測量電機、槳葉旋轉角位移，用以控制槳葉旋轉的角度的關鍵器件，若其位置不變，則將缺乏槳葉調節的標準，再進行調槳就無任何意義，故若出現此類情況需要切斷安全鏈按，由電池驅動調槳電機順槳。根據其信息流繪制編碼器信息流圖，如圖3所示。編碼器經過電纜線接口送至驅動器，驅動器又通過接線端子和電纜線接口經連接線送入控制器。

此信息流節點較多，且過程中多為控制器也沒有進行監測的點，若出現編碼器位置不變，需要根據信息流圖來判斷檢測。

圖3 編碼器信息流

四、結束語

以上介紹的幾種信息流故障診斷方法，已在FJK-510變槳距系統上得到了實際的檢驗和運用，并且取得了良好的效果，此方法不僅可以應用于風電領域的故障診斷，也可以用在其他類似的系統中。