風電機組智能調試系統設計開發

（作者單位：東方電氣風電有限公司）

當前大部分整機制造商在完成設備的生產后，機組出廠調試多是通過人工完成。由于不同機型機組調試要求不一，這就要求調試人員對不同機型調試要求及各系統功能必須有足夠的了解，于是整機商通常需要投入大量的精力培訓調試人員。但是，即使調試人員掌握了相關機型的調試要求，由于調試環境、調試設備的狀態以及調試人員的技能水平等因素仍然有可能對調試結果造成較大影響，機組出廠質量無法得到充分保障。加之風電機組多數安裝于地理位置偏僻、環境較為惡劣的偏遠地區，因此嚴格地進行機組出廠調試，可以盡早地發現并處理存在的質量問題，保證機組在出廠前處于合格狀態，同時減少現場調試工作量。

基于風電機組現有調試方法的總結，結合工作經驗，設計開發了本套系統。該系統主要通過圖文指引、聲光報警等方式引導調試人員按照標準化流程完成風電機組機艙與變槳系統的出廠調試。

智能調試系統工作原理

風電機組的機艙及變槳系統車間調試主要包括：上電前檢查、上電后動態調試。上電前檢查主要包括：接線及標識檢查、絕緣檢查、電氣回路檢查等。上電后動態調試主要包括：控制系統軟件版本檢查、設備狀態信號檢查、控制指令執行檢查、安全功能檢查等。

針對上電前檢查，需要相應的測量工具，故本系統配備了如萬用表、絕緣表、相序表、帶攝像頭的平板電腦等工具，同時為避免人為干擾數據記錄，選購了具有無線功能的上述測量工具，以使測得數據在調試過程中實時回傳到本系統。針對上電后動態調試，本系統通過多種通信方式實現檢測、控制被調系統各設備的狀態及運行。通過PCI功能板卡模擬被調系統的I/O信號，保證被調系統處于真實環境下運行調試。另外，為保證調試過程的可追溯性，調試過程中產生的數據信息（照片、電壓值、電流值、調試結果等）均儲存于系統的數據庫中，方便調試完成后自動生成調試報告和二維碼（包含如調試人員、時間、地點、機組編號等信息）。調試平臺基本架構如圖1所示。

智能調試系統設計說明

以下分別從系統的軟件、硬件實現及調試流程等方面進行說明。

一、調試內容分類

總結被調試系統（即變槳系統、機艙系統）不同調試內容的異同，將調試內容整理分類成如外觀檢查類、電壓電流測量類、絕緣測量類、功能測試類、數字量信號測試類、溫度傳感器測試類、油泵運行測試類、軟件版本核對類等十幾個類別。

二、軟件設計

使用Labview軟件按照上述整理好的調試類別進行模塊化的函數設計，每個類別調試項函數設計主要包括該類調試項的通過判斷邏輯、失敗判斷邏輯、模擬I/O信號輸出控制邏輯、調試引導文字、調試引導圖片、輸出報表書簽、二維碼、合格標簽等的設計。然后針對不同機型調試內容的具體要求，使用相應調試類型函數編寫對應機型的調試序列代碼。

三、系統搭建

圖1 智能調試系統基本架構

本系統主要包括：調試平臺、調試工具以及移動終端等。調試平臺主要由工控機、PCI功能板卡、供電主回路、UPS電源以及聲光報警裝置等組成。調試平臺向被調機組供電，采集被調機組設備信號，按照預先設計的調試流程控制模擬I/O信號輸出，然后根據反饋的被測信號變化情況自動判定測試結果，同時根據測試結果觸發聲光報警裝置。調試工具主要完成被測系統絕緣、電壓、電流、相序等指標的測量。移動終端采用平板電腦，為調試人員提供調試引導圖文、數據錄入、圖片拍攝及存檔等功能。智能調試系統基本結構如圖2所示。

四、調試流程

使用本調試系統進行調試的具體流程如圖3所示。

與傳統調試方法的對比分析

車間調試的不同測試內容的技術要求、調試方法以及判定依據不盡相同。本文通過對比典型調試內容，分析與傳統調試方法相比，智能調試系統所具有的優勢。

一、外觀檢查類

傳統調試方法通常是調試人員通過肉眼觀察相應測點（如接地線是否緊固、碳刷是否正確安裝等）判斷該類測試項是否符合要求，這就使得該類測試項缺乏相應的證明資料，同時也不利于出現問題后的責任追溯。

本系統測試該類調試內容時，要求調試人員使用配備的平板電腦對相應測點進行拍照記錄，并且將拍得照片記錄于調試報告中。通過這種方式，便可為外觀檢查類調試內容提供相應的證明資料，并為后續的問題追責提供相應依據（見圖4）。

二、絕緣檢查類

傳統調試方法通常是調試人員使用絕緣表對相應測點進行絕緣值的測量，然后將測得數據與要求值進行人工比對，最后將滿足要求的測試數據填寫在調試報告中。這種調試方式嚴重依賴調試人員，無法避免人為因素干擾，容易出現即使測得數據不滿足要求，調試人員也可以將符合要求的數據記錄于調試報告中，無法達到真實測試的目的。另外，若調試人員對被測對象不熟悉，也需要耗費一定時間先找到相應測點位置后，才能開始相關測試。

圖2 智能調試系統基本結構

圖3 調試流程

本系統測試該類調試內容時，首先通過圖文的方式引導調試人員找到測點位置，然后將測量工具置于相應測點，系統自動讀取測量工具的記錄值，并將其與預設值進行比對，從而實現自動判斷測試結果。若測試值滿足要求，語音提示調試人員測試通過并自動跳轉到下一測試內容，同時將測量值記錄于調試報告中；若測試值不滿足要求，語音提示調試人員測試不通過并退出調試序列，并將對應測試項測試狀態標記為“不通過”，調試人員需排查故障后再次測試，直到該測試項通過（見圖5）。

三、電壓電流檢查類

傳統調試方法通常是調試人員首先使用萬用表對相應測點進行電壓電流值的測量，然后將測得數據與要求值進行人工比對，最后將滿足要求的測得數據填寫在調試報告中。這種調試方法同樣嚴重依賴調試人員，無法避免人為因素干擾，即使測得數據不滿足要求，調試人員仍可以將符合要求的結果記錄于調試報告中，這樣就失去了相關調試項的測試意義。另外，若調試人員對被測對象不熟悉，也需要耗費一定時間先找到對應測點，然后再開始相關測試。

本系統測試該類調試內容時，首先通過圖文的方式引導調試人員找到測點位置，然后將測量工具置于對應測點后，系統自動讀取測量工具的記錄值，根據系統預先設定的判定邏輯自動判斷測試結果。若測試值滿足要求，系統語音提示調試人員撤除測量工具并自動跳轉到下一調試內容的測試，同時自動將測量值記錄于調試報告；若測試值不滿足要求，系統語音提示調試人員測試不通過并退出調試序列，并將對應測試項測試狀態標記為“不通過”，此時調試人員需要排查故障后再次測試直到該測試項通過（見圖6）。

四、數字量信號檢查類

傳統調試方法通常是調試人員首先通過調試軟件讀取待測信號的狀態，然后按照對應的判定依據（如正常為1或0）判斷被測信號是否正常，最后將測量結果填寫在調試報告中。但由于該類測試項通常測點較多，傳統調試方式極易出現漏測或誤測的情況，不利于該類調試項測試的完整性及準確性。

本系統測試該類調試內容時，首先通過通信或硬件接線的方式讀取待測信號，然后依據預設判斷條件，通過計算機實現該類測試項全部測點的一次性判定，可以大大減少人為判定導致出錯的情況，同時也使得該類調試項的調試效率及準確性得到大幅提升。另外，若這一類別測試過程中，出現任一測點判定不通過，系統將自動退出調試序列，并語音提示調試人員檢查問題測點，待排查故障后再次測試，直到該類調試項的全部測點通過，系統自動跳轉到下一測試項并將測試結果記錄于調試報告中。

五、液壓站保壓測試

傳統調試方法通常是調試人員首先通過調試軟件將液壓站壓力打壓至要求的保壓壓力，然后開始倒計時，若在要求的保壓時間內液壓站沒有打壓，則判定測試通過，并將最終的液壓站壓力值填寫在調試報告中。傳統調試方法要求安排調試人員蹲守在液壓站附近，觀察其是否動作，嚴重依賴調試人員的自我判斷。

圖4 外觀檢查類調試的實現

圖5 絕緣檢查類調試的實現

圖6 電壓電流檢查類調試的實現

圖7 液壓站保壓測試的實現

圖8 主控超速測試的實現

本系統進行該類測試時，首先通過通信控制液壓站打壓到保壓壓力，然后按預先設定的保壓時間開始倒計時，計時開始后，調試人員可將該類測試項轉為后臺運行，繼續對其他調試項進行測試。測試完成后，系統將自動修改對應調試內容的測試結果，調試人員只需通過查看其測試結果判斷該類測試項是否需要排查故障。若需要排查故障，則在排查故障后對相應調試項重新測試，直到測試通過（見圖7）。

六、超速測試

限于車間調試所處電網環境，在車間測試時無法真正讓傳動鏈轉速達到設定的超速保護值，傳統調試方法通常是由調試人員首先將待測超速功能的原設定保護值改小，然后啟動拖動電機將傳動鏈轉速提升到保護值以上，最后通過人工檢查主控系統是否觸發超速停機故障和剎車，判斷該類調試項是否通過。同時，測試完成后，需人工將超速保護值恢復為原設定值。以上測試方法，一是無法保證測試人員真正做了相關測試，二是修改及還原超速保護值的過程中，若遇到調試人員不熟悉相關要求，很可能改錯超速保護值。

本系統進行該類測試時，首先通過通信向主控系統發指令自動修改超速保護值，然后控制拖動電機將傳動鏈轉速提升到保護值以上，最后通過通信讀取超速故障碼及剎車是否觸發，判斷測試是否通過。若讀取到預設故障碼且剎車動作，則測試通過并將測試時設定的超速保護值和測試結果記錄在調試報告中；否則，測試失敗，同時語音提示調試人員排查問題并退出調試序列。待排查故障后，重新對其進行調試，直到測試通過，系統自動跳轉到下一測試項（見圖8）。

結語

綜上所述，本套智能調試系統測試內容全面，能夠有效地完成風電機組出廠前調試內容的測試。通過對調試過程數據的全面記錄及調試報告的電子化自動生成，使得車間調試過程更加可控，加強了風電機組出廠調試的質量管控力度，同時也大大提高了車間調試效率及準確性。另外，也間接地減少了現場調試的工作量，使現場調試效率得到提升。當然，機組的出廠調試僅是保障風電機組質量的一個環節，風電產品的質量保障同樣也需要運輸過程控制、吊裝質量控制以及科學定期維護等多方面因素的協同保障。

攝影：雷平