机组主旋编位置偏差大分析和处理-服务中心-东北片区-付汲

-0-机组主旋编位置偏差大问题分析和处理姓名：付汲专业：供用电技术入职时间：2014年04月23部门：服务中心东北片区-1-目录摘要……………………………………………………………………………………………2一、金风1.5MV风力发电机组变桨机构概述………………………………………………2（一）、控制柜内部电源及控制检测部分……………………………………………2（二）、控制柜外部驱动及检测部分…………………………………………………3二、机组旋编位置偏差大原因分析…………………………………………………………3（一）、旋编数据跳变引起叶片位置偏差……………………………………………3（二）、变桨逆变器AC2内部程序运算错误引起的叶片位置偏差…………………4（三）、旋编机械性损坏引起的三个叶片旋编位置偏差……………………………5（四）、变桨连接电缆损坏引起的三个叶片旋编位置偏差…………………………6（五）、变桨电机与变桨减速器花键连接松动引起的叶片旋编位置偏差…………6（六）、变桨电机刹车片损坏引起的三个叶片旋编位置偏差………………………7（七）、变桨电机绕组线圈损坏对旋编电器干扰引起的旋编位置偏差……………8三、对机组旋编位置偏差大问题的总结……………………………………………………8参考文献………………………………………………………………………………………8-2-机组主旋编位置偏差大问题分析和处理摘要：随着现代科技的日趋成熟，风电技术朝着提高单机容量，提高转换效率的方向发展。变桨距可调节功率型机组发展迅速，由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全、高效等优点，近年来在风电机组特别是大型风电机组上得以广泛应用。大多数风电机组开发制造厂商，包括传统失速型风电机组制造厂商，也都逐渐转向变桨距风力发电机组的开发。可见，变桨驱动机构的可靠动作关系到风电机组的稳定运行。所以对风电机组变桨机构维护的重要性至关重要。关键字：变桨系统、实例分析、维护总结一、金风1.5MV风力发电机组变桨机构概述变桨系统是风力发电机组在额定风速以下维持额定输出的重要手段。通过对桨距角的主动控制，尽可能多地、有效地捕捉较多风能，从而得到最大的风能利用系数，达到机组满功率输出的目的。变桨距调节机构克服了传统定桨距机组的缺点。可在较为宽泛的风速范围内保持最佳叶尖速比，从而提高风力机的运行效率和系统稳定性。以金风600KW/750KW机组和1.5MW机组的特性比较。变桨距风力发电机在变桨距的同时通过使用永磁发电机，减轻了风速突变产生的转距波动，同时也避免了传动部位承受的扭矩波动，有效地避免了传动系统的故障。此外，结合永磁发电机的励磁控制，实现无电流冲击的软并网，使机组运行更加平稳安全。金风1.5MW机组的变桨机构主要有两部分组成（一）、控制柜内部电源及控制检测部分1、直流充电器NG5（实现交流输入直流输出的供电单元）-3-2、变桨变频器AC2（采用MOFSET，即金氧半场效晶体管，实现对变桨电机频率的逆变，达到控制变桨速度的目的）3、超级电容（采用4组500F电容串联形式，保障变桨柜失去外部动力源后，能够完成顺桨动作的储能设备）4、电容电压转换模块A10和倍福KL3404模块（A10将电容电压转换成倍福模块能够检测的电压，同时将AC2变频器的OK信号进行转换；KL3404检测和采集电压信号，在电隔离的状态下触发电信号传送至上级设备单元中）5、倍福BC3150及其他模块（BC3150模块为变桨柜内核心控制单元，一方面负责变桨控制系统与主控制器之间的通信，另一方面负责变桨控制系统外围信号的采集处理和对变桨执行机构的控制；KL4001主要为变桨变频器AC2提供速度信号；KL1104获得二进制控制信号，并以电隔离的信号形式将数据传输到更高层的自动化单元，KL2408将自动化控制层传输过来的二进制控制信号以电隔离的信号形式传到设备层的执行机构）6、温度传感器Pt100和倍福KL3204模块（Pt100温度传感器是利用导体铂的电阻特性来测量柜体温度；KL3204为电阻型传感器测量模块）（二）、控制柜外部驱动及检测部7、变桨电机（3台交流异步电机，分别为叶片提供驱动动力）8、旋转编码器和倍福KL5001模块（采集叶片旋转的Rad角转换成二进制数据输出；KL5001模块利用A/B增量口读取数据，并以字的形式传送到控制器的过程映像区内）9、5°和87°接近开关（采用高频的交流电磁场和目标体相互作用实现叶片位置的检测）10、91°限位开关（使用行程开关/小车开关起到叶片极限位置的保护作用）二、机组旋编位置偏差大原因分析（一）、由旋编数据跳变引起叶片位置偏差以14年09月15日，18：16时。63#机组的故障为例。SCADA系统监控界面报出的故障信息共计3条：分别是变桨安全链，三个主旋编位置偏差大，和3#变桨故障字。以f文件所示的故障信息可以看出，第一条故障信息代码为：217。查询故障列表后可得出，主要故障是由三个主旋编位置偏差大引起。如图1。查看b文件后，由3#叶片位-4-置（pitch_position_blade_3）中提供的数据可以看出，故障时刻之前（图2中黄色填充数据为故障时刻数据）旋编数据持续无变化，故障时刻后，机组脱网，3个叶片执行紧急顺桨动作，恢复到87°触发位置，机组完成紧急停机。如图2。由此得出结论，此次机组故障的引发是由3#桨叶旋编引起，为登机后的检查起到了辅助作用。图1图2（二）、变桨逆变器AC2内部程序运算错误导致的叶片主旋编偏差AC2是为变桨电机频率逆变的元气件，提供变桨使能，并运用频率的变化来控制变桨的速度。若逆变器停止工作/丢失或内部程序运算出错时，同样会产生三个叶片主旋编位置偏差大的现象。以现场14年10月29日，19：08时。38#机组故障为例。SCADA系统监控界面报出故障合计4条：变桨安全链，3#变桨逆变器OK_丢失，3#变桨故障字，三个叶片主旋编位置偏差大。查看f文件后第一条故障代码174。故障信息显示为3#变桨逆变器_OK丢失。如图3。查看b文件后，机组运行时三叶片位置均在-0.03至-0.08之间。故障时刻前后3组叶片数据无明显变化。如图4。对b文件中3#变桨位置（pitch_position_blade_3）的数据进行等距抽样后可以看出。3#叶片在完成紧急停机-5-动作后，仍无法正常执行顺桨动作。由此可见，3#变桨逆变器为故障的主要因素。利用小面板转大面板工具观察AC2故障闪烁频次后，发现3#变桨逆变器AC2只闪烁1次。判断为变桨内部程序运算错误产生的故障。针对此现象便可明确3#变桨逆变器AC2进行排查。图3图4（三）、旋编机械性损坏引起的三个叶片旋编位置偏差大旋转编码器是利用转速并配合PWM脉冲宽度调制技术实现的转角测量的装置，可以输出轴的角位移、角速度等机械量为计量单位，转换成相应的电脉冲，并以数字量进行输出，传送至KL5001模块。现场多使用双增量通道模式输出。通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。以现场11月28日，32#机组故障文件可以看出，1#变桨旋编数据跳变严重，引起三个叶片主旋编位置偏差大。顺桨停机状态下1#桨叶依旧存有跳变现象。如图5。-6-图5登机拆卸1#变桨旋编后发现，旋编转轴旋转时有卡滞的声响，由于现场不具备拆卸精密仪器的条件，无法针对卡滞情况进一步确认旋编的状态。所以针对此种现象，只能进行旋编的更换处理。（四）、变桨连接电缆损坏引起的三个叶片旋编位置偏差以现场老平岗52#机组故障记录为例，由XS10出线端至XS5进线端。此区间电缆绑扎带破损，造成变桨电缆散落于轮毂内，致使2#变桨柜内数据丢失，无法正常顺桨。引发52#机组叶片旋编位置偏差故障。如图6。更换变桨电缆后恢复。图6（五）、变桨电机与变桨减速器花键连接松动引起的叶片旋编位置偏差-7-变桨电机和变桨减速器的传递是通过花键的连接。电机输出端和减速器转动轴受力端，两侧使用了两组三角啮合的方式形成转动的传递。故障现象描述：锅盔山84#机组报变桨安全链，三个叶片主旋编位置偏差大故障。以故障文件分析分析看，系统执行变桨动作时，2#桨叶变桨速度较其他两叶片速度慢，产生了叶片大于75°位置差值4，小于75°位置差值2的情况。报出故障后2#桨叶依旧能够完成顺桨动作，达到正常停机的效果。根据其温度的显示，电机动作时均未发生异常温升。登机检查2#桨叶长短两侧齿形带也无跑偏和变形的情况。最后拆卸变桨电机和变桨减速器的链接花键后发现，变桨减速器转动轴上连接的花键松动，导致变桨电机主动传动时，变桨减速器转动轴被动摩擦力减小。就形成了变桨动作执行不到位的情况。这也就解释了2#桨叶动作时比其他两桨叶慢的原因。（六）、变桨电机刹车片损坏引起的三个叶片旋编位置偏差以现场故障为例，14年11月17日，0：50时。老平岗61#机组报变桨安全链故障，三个叶片主旋编位置偏差大故障。远程变桨时，变桨电机温升情况严重，且无法完成变桨动作。次日登机检查后发现，变桨电机接线盒内存有少量的减速器油液。判定为2#变桨减速器齿面端盖密封圈处漏油的情况。减速器油液已渗入电机上的哈丁头中。如图7。清理后进行变桨操作，仍然无法完成正常的变桨动作。拆卸变桨电机后，电机和减速器连接处的减速器油液也相对较多。不带负荷（即空转状态）对变桨电机进行供电测试，变桨电机提闸声响异常。拆卸电机端盖后发现电机闸片已磨损严重，且混合了较多的减速器油液，覆盖在电机闸片表面，形成了较厚的油泥。无法清理。最后对变桨电机进行整体更换后恢复。图7-8-（七）、变桨电机绕组线圈损坏对旋编干扰引起的旋编位置偏差根据历史故障记录，杨木岗项目16#机组报主旋编位置偏差大。机组进行变桨时，旋编无法正常计数。电机无动作指令时，旋编数据稳定。当电机接收动作信号后，旋编数据开始波动。重新制作旋编数据线的屏蔽层后效果仍存在，更换旋编后此现象也并未消失。更换电机后反复执行变桨动作后恢复正常。测量更换的变桨电机阻值并未出现不对称的情况。拆卸电机后发现，变桨电机绕组线圈损坏，变桨电机绕组线圈未实现闭合回路，形成非对称磁场是产生旋编干扰的重要因素。四、对机组三个叶片主旋编位置偏差大问题的总结金风1.5MW风电机组的变桨驱动采用了较为先进的电气驱动方式。以电信号代替机械性触发机构。极大地减少了机械性磨损所带来维护量大的弊端。基于现场对叶片主旋编位置偏差大的故障案例来看，保障变桨设备的稳定运作，仅仅以电气元件的可靠动作，仍然无法保证变桨系统的。从侧面反映了现场依旧存在很多需要维护的细节。所以这也要求现场工作的重心环节转向轮毂内。参考文献《风力发电机组变桨轴承出现故障原因及改进措施》-郭艳平.颜文俊-2009《金风1.5MW风力发电机组故障处理指南》《1.5MW机组变桨减速器漏油问题分析报告》-肇明伟《金风1500kW系列风力发电机组维护手册》《机械原理介绍金风1500KW机组[M]》-崔裔飞.杜志伟.新疆金风科技股份有限公司-2008