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华能吉林四平鑫丰风场湘电风能风机培训,2023/3/12,湘电风能有限公司,2,一 培训目的,使业主掌握湘电风能XE82-2000风力发电机组的机械结构、技术参数、运行数据、安全措施、控制系统、安全链系统以及维护知识等，保证人员安全以及湘电风能风机的安全稳定运行。,2023/3/12,湘电风能有限公司,3,二 培训内容,（1）XE82-2000的机械结构,2023/3/12,湘电风能有限公司,4,（2）XE82-2000的主要数据,2023/3/12,湘电风能有限公司,5,（3）XE82-2000的运行控制数据,2023/3/12,湘电风能有限公司,6,（4）XE82-2000的安全概述,每一个进入风机的人都必须遵守安全条款。风机是一个危险的设备，只有专业人员才能获准进入风机，在风机内部工作只允许穿合身的紧身衣服，并佩戴安全帽，穿密封良好的鞋子，有的地方还要佩戴防噪音耳罩。以下特定的条款也应该遵守：当风速超过20米/秒时，严禁在风机叶轮里呆的时间超过10分钟。当温度低于0摄氏度时，必须佩戴手套才能攀登风机楼梯。雷电天气严禁进入风机。维修人员必须熟悉风机功能操作以及工作安全体系。攀爬风机时，确保安全带已固定好，同时关闭身后的升降口盖子。当风机处在自动运行状态下，严禁在风机内部进行任何作业。当叶轮没有被锁紧装置锁死时，禁止在叶轮里或者是靠近叶轮的地方作业。当在机舱外作业时，任何时候都必须佩戴合格的安全带。每一次进入风机的活动必须记录于维修日志中，或者是记录于维修报告中。在维护和检测作业中,出于安全考虑，必须同时有两名工作人员在场。严禁未戴安全帽进入风机。,2023/3/12,湘电风能有限公司,7,（5）XE82-2000的控制系统,1)XE82-2000的控制系统的硬件部分,主控制柜：安装在塔筒底部，主要功能是实现风机的启动、停车、偏航控制、变频器控制、辅助控制、保护、监控。机舱控制柜：安装在机舱内，主要处理机舱的I/O信号，控制偏航动作、液压站动作、自动润滑系统动作及其他辅助控制动作、承担塔筒加速度监控及发电机及主轴承温度监控。轮毂控制柜及蓄电池箱：安装在轮毂内，主要处理轮毂I/O信号、执行变桨控制动作、紧急状态下变桨、偏航轴承自动润滑及其他轮毂辅助控制动作。轮毂蓄电池供电的紧急变桨保护系统与正常的PLC控制系统完全独立，能保证风力发电机在正常保护动作反应出现故障的情况下（如电源断电、PLC死机或程序执行紊乱、软件超速保护失效同时硬件检测到超速信号）快速收桨实现风机气动停车，保证风机的安全。,2023/3/12,湘电风能有限公司,8,风机主控制柜通过一根光纤与机舱控制柜进行连接，此光纤具有抗电磁干扰特性，传输速度以微秒计，与PLC背板总线传输时间基本差不多，保证了控制系统数据传输速度及可靠性。机舱控制柜与轮毂控制柜的连接通过滑环，使用一根带屏蔽的多芯铜电缆，采用CANopen通讯协议，通讯速率为500Kbit/s。主控制柜与变频器之间同样采用CANopen的方式进行通讯，实现主控制柜对变频器的控制及相关数据监测。同时主控制柜也采用硬接线的方式与变频器进行连接，以保证变频器急停链路串联到整个风机的急停链路中。,2023/3/12,湘电风能有限公司,9,2)XE82-2000的控制系统功能,基于BACHMANN PLC的风力发电机控制系统的设计主要为了实现以下功能：自动和手动启动和停止风力发电机叶片变桨系统实现对风机的功率控制和轮毂转速限制偏航控制以实现风机自动对风风速、风向监控风机保护系统紧急保护系统及周期性的紧急保护系统功能性自检各种监控功能与变频器控制系统的通讯及控制 辅助控制功能 与本地人机界面的通讯 与SCADA系统的通讯,2023/3/12,湘电风能有限公司,10,3)XE82-2000的运行逻辑条件,风机起动 风机在满足下列条件时可以手动或自动起动切入风速10分钟平均风速切出风速解缆完成故障清除轮毂完成对风，即偏航角度在【-15度,+15度】范围内3叶片角度在设定的待机位置上（通常为86度）变频器准备好,2023/3/12,湘电风能有限公司,11,4)XE82-2000的启动分为几个阶段：,首先控制器检查所有的故障是否清除，如果变桨系统处于待机状态且变频器准备好，则PLC将给出一个准备起动的标志位表示风机准备起动，风机可以手动启动或由程序自动起动。在风机起动后，变频器电网侧开关和电机侧开关同时合闸；自动偏航模式生效，风机自动对风；变桨系统动作使叶片朝着工作位置方向进行变桨。当偏航角度满足【-15度,+15度】且叶片角度到达设定值（一般为30度）则检测轮毂转速，当轮毂转速达到3.5rpm时，叶片继续朝着工作位置变桨（否则继续等待轮毂转速上升到3.5rpm）。当轮毂转速超过预设的转速时变频器进入发电状态，风力发电机开始发电。如果由于风速减小到轮毂转速低于2rpm时，轮毂叶片从工作位置回到30度位置，这个位置既可以保证风机的安全（如突然的大风对风能造成的冲击）同时也能保证当风速达到发电条件时能快速启动风机发电。,2023/3/12,湘电风能有限公司,12,5)XE82-2000的停机条件,XE82-2000风力发电机可以通过主控柜上的停车按钮（或SCADA系统远程）手动正常停车，也可以在满足下列条件时自动停车以保护风力发电机。风速太高：10分钟平均风速25m/s或者3s平均风速35m/s接收到扭缆请求 发生故障（主控制系统或变频器发生故障）紧急系统故障（如正常变桨系统失效、独立的超速继电器发出超速信号、系统掉电等）紧急系统自测试（每96小时进行一次测试，测试时风速小于10m/s）在手动停车、高风速、电缆扭缆请求或故障发生情况下，由正常变桨系统将叶片变到顺桨位置,2023/3/12,湘电风能有限公司,13,6)与XE82-2000载荷设计有关的故障事件如下：,轮毂软件超速风向标错误（2个风向标信号差值大于15度）偏航超时：偏航事件超过5倍设定时间不平衡：机舱加速度测量SQRT(accx2+accy2)=1.75m/s2，100ms延时在发生紧急系统故障或紧急系统测试时，变桨电机通过电池供电使叶片快速顺桨到故障停车位置,2023/3/12,湘电风能有限公司,14,7)与XE82-2000载荷设计有关的紧急故障如下：,硬件超速门槛到达叶片角度误差太大（任意2个叶片5秒内差值超过1度）叶片角度测量值超过允许范围（叶片角度小于-10度或大于100度）伺服变桨系统故障或超时系统掉电 如果在1个小时内，同样的故障检测到最大配置数时，自动重启被禁止，在维护人员评估并解决问题后，风机才能复位并在符合起动条件下起动。如果没达到配置数，则风机可以在满足起动条件下起动。,2023/3/12,湘电风能有限公司,15,8)XE82-2000风机内部和外部运行状况监控,在风机运行过程中，有大量的内部和外部参数，运行值需要连续监控，一些监控值是与风机安全相关的，根据触发条件不同，XE82-2000可能触发下面停机状态：正常停车紧急停车暴风停车,2023/3/12,湘电风能有限公司,16,9)XE82-2000具体监控参数描述如下：,风况监控,XE82-2000风力发电机在机舱尾部安装了1个风速计和2个风向标用于测量风速和风向，风速计信号不但作为风机起动信号，同时也是触发风机切出和暴风停车的信号，风向标信号则是风机偏航主要的信号之一。当风机处于待机状态，如果风速超过偏航激活的所需风速或者切入风速，风机开始自动偏航并可以手动或自动起动 当风速大于切出风速或者暴风停车风速，风机正常停车或触发暴风停车,2023/3/12,湘电风能有限公司,17,风机环境状况监控,安装了外部温度传感器，如环境温度超过设定值，风机触发正常停车，当环境温度回到迟滞范围以内且其它风机起动条件满足，则风机自动重启。机舱内部安装了烟雾探测器，当风机发生火灾时触发风机正常停车。,振动监控,在风机的机舱内安装了一个加速度检测仪，可以持续监控塔筒顶部2个相互垂直方向的加速度值，如果检测到塔筒加速度矢量和超过设定值，将触发风机紧急停车。,2023/3/12,湘电风能有限公司,18,输出功率监控,XE82-2000风力发电机输出到电网的功率可以通过变频器计算出来，如果得到的结果达到设定值将触发风机正常停机：如果风机5s持续输出功率大于设定值P1，风机正常停车如果风机10min内持续功率大于设定值P2，风机正常停车电网及电机状态监控风机控制器可以通过变频器监控电网电压和频率，电网掉电或频率值超过设定值会触发风机正常停机或紧急停机发电机发生短路可以通过变频器检测到，到检测到发电机短路时将触发正常停机,2023/3/12,湘电风能有限公司,19,轮毂速度监控,XE82-2000风力发电机组在轮毂内安装了2个轮毂转速传感器，一个是增量传感器，安装在滑环内部，该信号传输到控制器里面并被控制器处理，当该传感器检测到信号超过软件超速限定值时将触发风机正常停车。另外一个传感器为接近开关，安装在轮毂滑环表面，通过一根屏蔽电缆与超速继电器进行连接，超速继电器通过检测滑环转动部分的齿数得到轮毂的转速，它完全独立于风机控制器运行，当超速继电器检测到轮毂转速超过其硬件设定值时，触发风机紧急停车系统动作，风机紧急停车。变频器控制系统自动计算的发电机转速降反馈到风机控制器中，如果轮毂的增量传感器检测到的转速与变频器计算值不一致将触发风机的正常停车。,2023/3/12,湘电风能有限公司,20,变桨系统监控,变桨角度、变桨速度 在轮毂每个变桨轴上安装了一个速度传感器和一个角度位置编码器，一个安装在变桨电机内用于测量变桨速度，一个安装在变桨电机尾部轴上用于测量变桨角度。这些信号不仅用于变桨控制的反馈，同时也是检测风机3个叶片偏差的信号，这些信号错误或者超过设定值都会导致风机紧急停车。限位开关 在每个叶片轴上都安装了2个限位开关，分别安装在90度和93度，它可以在正常停车或者紧急停车的时候断开变桨电机的电源供应（驱动器或蓄电池）并停止风机，如果第一个限位开关失效，第2个限位开关将起作用。,2023/3/12,湘电风能有限公司,21,紧急变桨蓄电池紧急变桨蓄电池组的电池电压被持续监控，如果检测到蓄电池电压低于某一个设定值，会触发风机正常停机。除此之外，紧急变桨电池还会定时检查测试。变桨电机温度每台变桨电机的温度被持续监控，如果某个电机的温度超过限定值，将触发风机正常停车。,2023/3/12,湘电风能有限公司,22,机械刹车监控,风机维护刹车和偏航刹车都是通过液压系统实现的，因此在正常发电情况下，风机液压系统的压力是持续监控的，如果液压系统的压力低于设定值，将会触发风机正常停车。,偏航系统监控,机舱对风 在机舱内安装了一个检测机舱方位的传感器，这个传感器通过一个塑料齿轮与偏航轴承齿轮啮合，通过它测量的信号和风向信号，可以实现风机的对风 硬件扭缆开关在发生机舱方位传感器错误或者机舱旋转位置超过最大值时将触发硬件扭缆开关信号，该信号将触发风机正常停机,2023/3/12,湘电风能有限公司,23,冷却系统监控,XE82-2000风力发电机的冷却系统包括变频器冷却和发电机冷却。变频器冷却采用冷却液进行冷却，在变频器冷却系统的入口和出口都安装了温度传感器和压力传感器 当检测到冷却系统入口温度和出口温度过高或差值过大，将触发风机正常停车。当检测到冷却系统冷却液入口压力过低或出入口压差过小将触发风机正常停车。发电机冷却采用空气冷却，除了发电机外部的散热槽外，在机舱内还安装了一个冷却风机，当机舱温度超过设定值时，风机自动起动。,2023/3/12,湘电风能有限公司,24,控制器功能监控,看门狗在控制系统中，有一个看门狗信号监控风机控制程序是否正常运行，当控制器发生故障或控制程序进入死循环，将导致看门狗信号丢失，这会触发风机紧急停机，并触发控制器重新起动。控制器通讯监控塔筒控制柜和机舱控制柜采用光纤通讯，机舱控制柜与轮毂控制柜采用CANopen通讯，控制器实时监控风机与机舱和轮毂的通讯，当与轮毂的通讯发生故障中断时，触发风机紧急停机。,2023/3/12,湘电风能有限公司,25,风机其他部件监控,除了上面重要部件的监控外，XE82-2000风力发电机还对其他很多部件参数进行了监控，但这些参数与风机的安全没有直接关系。主轴承主轴承上安装了2个温度传感器，对主轴承温度进行实时监控，当温度超过设定值，触发风机正常停机。发电机在发电机定子上安装6个温度传感器，在发电机气隙中安装了2个温度传感器，对发电机定子及气隙温度进行实时监控，当温度值超过设定值将触发风机正常停机。风机辅助部件 主轴承油脂泵、偏航轴承油脂泵、变桨轴承油脂泵、变桨齿轮油脂泵的液位和流量进行监控，这些信号不会触发停车，但应引起维护人员注意。轮毂机舱温度监控轮毂温度及机舱温度高于或低于设定值将触发风机正常停机。,2023/3/12,湘电风能有限公司,26,(6)XE82-2000的安全系统,1）2个安全停车系统,安全系统的主要功能是维持风机在一个安全条件下，它阻止风机超速并且在发生故障、外部条件达到运行极限、自动重启或者按下紧急停车按钮时使叶片快速回到顺桨位置。XE82-2000风力发电机使用2个完全独立的安全装置。对于XE82-2000风机，2个安全系统都是基于全范围变桨控制系统，在变桨电机的轴上均安装了机械刹车。每个叶片使用一个直流伺服电机（或直流电机）和一个减速齿轮箱作为变桨驱动装置。第一个安全系统使用直流伺服驱动器驱动变桨电机，而第二个安全系统使用蓄电池直接驱动直流变桨电机。,2023/3/12,湘电风能有限公司,27,XE82-2000安全系统示意图,2023/3/12,湘电风能有限公司,28,2个安全系统的切换通过采用安全继电器、脉冲监控继电器(看门狗脉冲周期为300ms)组合，及相应的切换开关（继电器及直流接触器）。一旦连续5个周期脉冲信号丢失，硬件超速检测到或轮毂掉电时，这个开关（接触器）就会激活，蓄电池直接向变桨电机供电，以6度/s的变桨速度紧急收桨。,在以下情况下第2个安全系统激活：PLC程序进入死循环或没有反应变桨伺服系统出现故障，包括角度编码器故障、伺服驱动器故障或者叶片位置偏差过大、变桨超时轮毂供电故障紧急停车按钮按下紧急系统测试,2023/3/12,湘电风能有限公司,29,只需要2个叶片变桨到顺桨位置就能够保证风机在任何工况下都安全，即使第3个叶片由于某种原因无法收桨。激活安全系统大部分风况下都不会导致轮毂静止，轮毂仍然会以很低的速度旋转（空转2rpm）。为保证第2个安全系统的可靠性，系统在运行过程中会定期对第2套系统进行周期性功能测试，保证第2套系统的可靠性。一般情况下，每96个小时PLC移去看门狗信号，执行紧急变桨测试，执行完成后如果通过，则证明第2套安全系统没有问题，风机将自动重起动进入发电运行状态。除开上述条件外的系统故障停车全部由第1个安全系统实现，伺服驱动器按照固定给定的速度（4度/s）进行顺桨以实现系统气动停车。,2023/3/12,湘电风能有限公司,30,2）安全链之急停链,XE82-2000风力发电机在塔筒底部的主控制柜、放在机舱中的机舱控制柜、用于轮毂操作的轮毂操作盘上均放置了急停按钮，电气回路采用串联模式，以保证在任何情况下，在这三个地方操作人员在遇到紧急情况下都能够及时实现系统紧急停车，保证风机的安全。,2023/3/12,湘电风能有限公司,31,谢谢！,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,