明陽風力發電機組主控系統調試過程中故障分析與處理

劉英杰

（華能包頭風力發電有限公司，內蒙古 包頭 014010）

1 引言

華能茂明二期風電項目風機采用明陽 MY1.5se型1.5MW風力發電機組，該機組為雙饋線風力發電機組，控制系統采用德國Beckhoff的硬件和軟件系統（實時軟PLC“TwinCAT”和嵌入式PC（CX1020）），主要部件組成如下：

（1）塔基控制柜：位于風機底層。

（2）機艙控制柜：位于風機機艙內。

2 主控系統原理及調試常用代碼

整個控制系統以總線方式連接，控制柜質檢通過光纖現場總線進行通信，通過CANbus接口實現振動監控和變頻器的連接，通過Profibus接口實現變槳系統的連接，通過 EtherNET接口將風機接入以太網組成集散控制系統，另有近200多個IO點直接接入控制系統。

該控制系統擁有兩個分離的EtherCAT（開放的實時以太網絡通信協議）控制環，一個用于風機內部，一個用于高速風場通信。通過EtherCAT總線冗余提高了安全性和可靠性。掃描時間為 1ms，TwinCAT SAFE安全端子獨立于CPU運行，當CPU出現故障時，安全系統保證機組在極端情況下的順利停機。

2.1 安全鏈的工作原理

安全鏈是獨立于計算機系統的最高一級保護措施。采用反邏輯設計，將導致風力發電機組處于危險狀態的故障接點串聯成一個回路，一旦其中任何一個接點動作斷開，安全鏈將斷開，觸發緊急停機。緊急停機后，只能手動復位后才能重新起動。

風力發電機組安全鏈中包含的接點有：

（1）塔基急停按鈕信號。

（2）機艙急停按鈕信號。

（3）變槳急停信號。

（4）PCH振動大急停信號。

（5）扭纜開關保護信號。

（6）超速監視器超速信號。

（7）PLC系統故障。

機組安全鏈中任意接點斷開都將引起機組急停，急停包括兩個狀態：急停1（剎車模式200）和急停2（剎車模式210）狀態。急停1狀態由除急停按鈕以外的安全鏈接點中的其他接點斷開引起，急停2狀態由急停按鈕觸發引起。

2.2 安全鏈斷開后，機組動作描述

PLC發出變槳緊急順槳（EFC_signal）信號（389K4由吸合位置復位,205U3的1，2端子之間電壓為0）。

機組緊急快速停機，變槳由蓄電池供電轉到91°。

機艙DO輸出24VDC電源斷開（389K2由吸合位置復位，378ST0的2，3端子之間電壓為0），輸出指令切斷。

當主軸轉速低于轉速監視器設定抱閘轉速時，轉子制動器抱閘。

2.3 剎車模式200、剎車模式210

機組急停故障代碼，機組安全鏈中任意節點斷開都將引起機組急停，急停按鈕引起的急停及為剎車模式 210，急停按鈕外的安全鏈接點引起的急停為剎車模式200。

3 主控系統的調試

本部分調試致是主控系統的調試檢查項目，以下過程認為變頻、變槳、偏航等系統調試已調試完畢，風機控制系統調試主要分為以下幾個步驟。

3.1 通電前檢查

主要檢查控制系統內各部件固定，接地網連接可靠，內部電源回路連接正確，各系統之間通信線纜或光纖連接正確。檢查柜內連接線絕緣良好。

3.2 通電后檢查

通電后，逐級、逐個開關合閘，并測量、檢查、記錄開關出口端電壓。

（1）將做好的系統Ghost至主控PLC的CF卡中。

（2）為確保系統內程序正常，可對系統內各程序進行重新安裝確保程序的完整性。

（3）設定本機的IP地址。

（4）用筆記本連接PLC設定各項參數。

（5）檢查各系統與主控系統通信正常。

（6）檢查接入主控系統各IO信號是否正確。

（7）復位安全鏈，檢查各安全接點斷開是否能夠引起機組急停（即剎車200和剎車210模式），并檢查機組動作邏輯是否正確。

（8）在安全鏈正常時，且各設備的相關保護條件不成立，通過控制面板的手動控制界面可進行手動控制，檢查各部分能夠正常動作。

（9）經過以上調試，主控系統調試基本完成，可以進行風機的并網、超速等試驗。

4 主控系統調試中的故障及處理方法

4.1 無法搜到WinCE系統

原因及解決方法：

（1）本機與WinCE不在同一個域中。

檢查本機的 IP地址是否為 192.168.1.XXX。（XXX為1～255任意數）。

（2）系統GHOST不正常，或未進行GHOST；重新GHOST系統。

（3）PLC的IP地址與本機一致；更換本機調試電腦的IP地址。

在PLC處于運行模式下搜索系統，確保本地連接正常。如果搜索一次兩次搜索不到，可以多搜索幾次。

4.2 搜索系統模塊時，無法搜索到部分模塊

原因及解決方法：

（1）模塊通信故障，能搜索到塔基柜模塊，無法搜索到機艙柜模塊。

檢查光纖通信，交換通信端口，檢查光纖盒通信端口，直到光電轉換器3個指示燈全亮且呈閃爍通信正常。

（2）模塊故障

檢查所有模塊數量、類型、位置是否正確；更換終端模塊KL9010。

從能搜索到的模塊開始，按照模塊順序逐一增加下一個模塊和終端模塊KL9010。重新搜索直到找到問題模塊。檢查問題模塊接線、更換模塊。

通常是光纖通信不對引起?？山粨Q通信端口。但有時是模塊接觸不良導致，建議在調試前先將所有模塊壓緊。

4.3 無法下載安全鏈

原因及解決方法：

（1）找不到安全鏈序列號

1）檢查安全鏈模塊KL6904序列號。

2）重新運行系統。

3）更換KL6904。

（2）KL6904序列號錯誤

檢查搜索KL6904序列號與模塊本身序列號是否一致。

（3）密碼錯誤

重新輸入密碼，重新下載。

（4）無TwinSAFE Verifier11_09

安裝軟件TcSAFEVerifier11_09.exe即可。

（5）以上條件都正常，就是無法下載安全鏈。TwinCAT程序庫文件不全，補充庫文件。

需要注意的是，安全鏈的下載是在模塊搜索和運行正常的基礎上進行的。一般是KL6904序列號引起。

4.4 安全鏈無法復位

原因及解決方法：（1）剎車模式210

1）由輪轂急停導致的，檢查機艙柜輪轂急停信號是否短接（LUST系統短接，聯調SSB系統時不短接，單調主控時短接）。

2）機艙急停觸發、拔出機艙急停。如果拔出后仍然報機艙急停故障，檢查機艙急停信號輸入線路是否正確。

3）塔基急停觸發、拔出塔基急停。如果拔出后仍然報塔基急停故障，檢查塔基急停信號輸入線路是否正確。

（2）由PCH引起的剎車模式200。

1）檢查 PCH是否安裝，并給 PCH復位（將25針腳插頭的25腳接0伏 2秒左右）。

2）檢查25針腳插頭接線是否正確。

（3）其他問題導致的剎車模式200

1）檢查安全模塊需要短接的通道是否短接（廠內調試）

2）檢查所有的安全模塊 KL6904、KL2904、KL1904的序列號和模塊狀態是否正常。

3）檢安全鏈模塊接線是否正確。

4）接觸器或者繼電器輸入線圈電阻失效導致安全鏈輸出端口錯誤。

5）以上都正常，對照原理圖將安全鏈該短接的輸入都短接，再復位安全鏈。復位成功，則逐一恢復接線，直到找出問題通道。然后檢查該通道的所有接線以及元器件。例如：常開常閉點的檢查和繼電器電阻檢查

6）如果復位不了，可更換安全鏈模塊。

4.5 剎車模式199，安全鏈復位不了

對照原理圖檢查需要短接安全鏈模塊通道是否短接，例如：順時針解纜和逆時針解纜。

4.6 遠程無法復位安全鏈

本地可以復位安全鏈檢查塔基和機艙是否處于機組維護模式。取消機組維護模式。

首先可通過狀態代碼界面確定是 3種急停中的哪種急停導致的故障。然后重點檢查其急停按鈕和回路。

檢查時應先按照解決方法由1到4逐一檢查。在前幾項正常的情況下采用5檢查。

4.7 強制輸出，接觸器無動作

原因及解決方法：

（1）安全鏈沒有復位復位安全鏈。（2）接線

檢查輸出通道信號是否正常。輸出通道到元器件的接線是否正常。

（3）元器件

通道信號輸出正常、接線無誤、更換元器件。

4.8 動作接觸器和空開，檢測不到輸入信號

原因及解決方法：

（1）檢查

檢查元器件側的接線和元器件到輸入模塊通道的接線是否正常。（例如元器件的信號輔助觸點常開常閉接線是否正常）。

（2）元器件

元器件動作后，輔助觸點無動作。更換元器件。（3）模塊

以上兩點都正確，有信號輸入模塊，可系統讀不到信號。檢查模塊是否鏈接到系統。刷新模塊最后更新模塊。

4.9 PCH通信不正常

原因及解決方法：

（1）接線導致

檢查 EL6751模塊插頭接線是否正常。模塊端和PCH端通信插頭的3、8針腳接線是否一致。

（2）終端電阻

檢查通信頭兩端是否都焊接有120?的終端電阻。（3）屏蔽線

檢查屏蔽線有沒有接到位。（4）25針插頭接線錯誤

檢查25針腳插頭電源輸入是否正常。

（5）PCH參數設置錯誤

重新設置PCH參數。

4.10 PCH無法復位

原因及解決方法：

（1）接線錯誤

對照原理圖檢查PCH的25針腳接線。

（2）PCH內部故障

接線無誤時，更換PCH。

通常用硬件線復位，即將25針腳接0伏2秒以上。

5 調試過程分析

風機控制調試過程，主要要注意不要有漏項，尤其是安全鏈內的各接點檢查。

調試過程中出現的問題大部分是由于接線錯誤或接線接觸不良引起的，很少是由于元件損壞引起的，因此出現問題，應首先考慮接線檢查。

控制通信問題多是由于軟件設置引起，例如IP地址設定等，因此，出現問題應首先檢查各參數設定是否正確，檢查程序是否完整。

總之，風機調試要做到細致入微，做到按部就班，不可操之過急，以免因為疏漏造成風機故障。

[1] 廣東明陽風電產業集團有限公司.MY1.5MW風力發電機組作業指導文件.

[2] 廣東明陽風電產業集團有限公司.MY1.5MW風力發電機組用戶操作手冊.

劉英杰（1982-），工程師，現從事風電建設管理工作。