風電場Vensys變槳系統(tǒng)

1、2.9 Vensys變槳系統(tǒng)變槳系統(tǒng)課課 程程 大大 綱綱一、變槳系統(tǒng)的機械結構二、變槳距控制的目的三、變槳系統(tǒng)的介紹四、變槳系統(tǒng)主要部件五、變槳系統(tǒng)的維護和故障診斷一、變槳系統(tǒng)的機械結構控制系統(tǒng)二、變槳距控制的目的二、變槳距控制的目的在風力發(fā)電領域中應用的幾種控制方式：定速定槳控制(FSFP) 成本低、功率曲線較差定速變槳控制(FSVP) 葉輪轉速基本保持不變、額定風速以上可以實現(xiàn)恒功率變速失速控制(VSFP) 額定風速以下可以實現(xiàn)最優(yōu)Cp、但額定風速以上功率曲線較差變速變槳控制(VSVP) 定風速以下通過控制發(fā)電機的轉速使其跟蹤風速，這樣可跟蹤最優(yōu)Cp；額定風速以上通過扭矩控制器及變槳控制

2、器共同作用，使得功率、扭矩相對平穩(wěn)；功率曲線較好。相同容量的定槳距和變槳距機組功率曲線的對比三、變槳系統(tǒng)的介紹1、變槳柜之間連接線示意圖、變槳柜之間連接線示意圖2、變槳系統(tǒng)電氣回路圖3 3、變槳系統(tǒng)特點、變槳系統(tǒng)特點變槳控制系統(tǒng)實現(xiàn)風力發(fā)電機組的變槳控制，在額定功率以上通過控制葉片槳距角使輸出功率保持在額定狀態(tài)。變槳控制柜主電路采用交流-直流-交流回路。由變槳逆變器為變槳電機供電，變槳電機采用交流異步電機，變槳速率由變槳電機轉速調節(jié)。每個葉片的變槳控制柜可以獨立控制。每個控制柜都配備一套由超級電容組成的備用電源。超級電容儲備的能量，能保證當來自滑環(huán)的電網(wǎng)電壓掉電時，備用電源直接給變槳控制系統(tǒng)供

3、電，足以使葉片以7/s的速率，從0順槳到90。變槳柜內部和主控通訊都采用DP總線，其傳輸速率為3Mbit/秒各個變槳柜都有獨立的手自動變槳裝置和電源開關裝置。4、變槳控制方式、變槳控制方式自動變槳：正常工作，程序控制；手動變槳：調試、維護；只有當兩只葉片的位置在86度附近，第3只葉片才能朝0度變槳；若要維護某一葉片，如葉片朝0方向變槳，其槳距角不能小于5，如葉片朝90方向變槳，當碰到限位開關后，不能再變槳，若要繼續(xù)變槳，可采取強制變槳模式變槳，而其余兩個葉片則要求轉到槳距角不能小于86的位置。強制手動變槳：調試、維護；3只葉片都可以朝0度變槳，不受86度限制；葉片能在任意槳距角范圍內任意轉動。

4、Forward：朝0度變槳；Backward：朝90度變槳 注意：強制手動模式時，操作不當對機械部件和人員可能引起相當大的危害。5、變槳系統(tǒng)與機艙的連接、變槳系統(tǒng)與機艙的連接上面的插頭 5芯線+屏蔽，24VDC，機艙到變槳的安全鏈；中間的插頭 Profibus DP現(xiàn)場總線，2芯線+屏蔽，10VDC；下面的插頭 5芯線，400VAC，機艙到變槳系統(tǒng)的電源四、變槳系統(tǒng)主要部件四、變槳系統(tǒng)主要部件控制柜內部電源及控制檢測部分:1、直流充電器NG52、變槳變頻器AC23、超級電容4、電容電壓轉換模塊A10和倍福KL3404模塊5、倍福BC3150及其他模塊6、溫度傳感器Pt100和倍福KL3204模

5、塊控制柜外部驅動及檢測部分:7、變槳電機8、旋轉編碼器和倍福KL5001模塊9、5和87接近開關10、91限位開關1、直流充電器、直流充電器NG5型號：Zivan Battery Charger NG5輸入電壓：400VAC(+/-15%)輸出電壓：60VDC輸出電流：80ADC優(yōu)點：效率高；體積??；充電時間短；充電不受交流電源變化的約束；能夠提供理想的充電曲線。2、變槳變頻器、變槳變頻器AC2IMS功率模塊，F(xiàn)lash內存，微處理器控制，Can Bus 型號：Zapi AC-2電力電子器件：MOSFET開關頻率：8kHz額定直流輸入電壓：60VDC最大輸出電流：450A3、超級電容、超級電容

6、型號：4-BMOD2600-6額定電壓：60VDC總容量：125F總存儲能量：150kJ四組串聯(lián)單組電容電壓：16VDC單組電容容量：500F相比密封鉛酸蓄電池作備用電源的變槳系統(tǒng)，超級電容的變槳控制系統(tǒng)具有下列優(yōu)點：a、充電時間短；b、交流變直流的整流模塊同時作為充電器，無須再單獨配置充放電管理電路；c、超級電容隨使用年限的增加，容量減小的非常??；d、壽命長；e、無須維護；f、體積小，重量輕等優(yōu)點；g、充電時產(chǎn)生的熱量少。4、電容電壓轉換模塊、電容電壓轉換模塊A10和倍福和倍福KL3404模塊模塊KL3404模擬量輸入模塊。處理-10 V+10 V 的電壓信號。分辨率為12 位，在電隔離的狀

7、態(tài)下被傳送到上一級自動化設備。在KL3404總線端子中，有4 個輸入端為2 線制型，并有一個公共的接地電位端。輸入端的內部接地為基準電位。將電容電壓（高電壓60V、低電壓30V）轉換成倍福模塊能夠檢測的電壓范圍內。將AC2變頻器的OK信號進行轉換。總線控制器BC3150，通過K-BUS總線擴展技術，可連接多達255 個總線端子。它是每個變槳控制系統(tǒng)的核心，其內部有變槳控制程序。該模塊一方面負責變槳控制系統(tǒng)與主控制器之間的通信，另一方面負責變槳控制系統(tǒng)外圍信號的采集處理和對變槳執(zhí)行機構的控制。緊急狀態(tài)下（例如變槳控制系統(tǒng)突然失去供電或通信中斷），三個變槳控制柜中的控制系統(tǒng)，可以分別利用各自柜內超

8、級電容存儲的電能，分別對三個葉片實施90度順槳停機動作。BC3150有一個PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線接口，可在PROFIBUS-DP 系統(tǒng)中作為智能從站使用。每個模塊都有自己的DP地址，三個變槳柜分別為41、42、43（十進制）。5.15.1、倍福、倍福BC3150BC3150模塊模塊5.25.2、倍福數(shù)字量輸入輸出模塊、倍福數(shù)字量輸入輸出模塊KL1104 數(shù)字量輸入模塊從現(xiàn)場設備獲得二進制控制信號，并以電隔離的信號形式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁邔拥淖詣踊瘑卧?。該模塊含4 個通道，每個通道都有一個LED 指示其信號狀態(tài)。KL2408數(shù)字量輸出模塊將自動化控制層傳輸過來的二進制控制信號以電隔離的信號

9、形式傳到設備層的執(zhí)行機構。KL2408有反向電壓保護功能。其負載電流輸出有過載和短路保護功能。該模塊含8 個通道，每個通道都有一個LED 指示其信號狀態(tài)。Output 2 Output 2 Output 4 Output 4 Output 6 Output 6 Output 8 Output 8 Output 1 Output 1 Output 3 Output 3 Power contacts Power contacts Output 5 Output 5 Power contacts Power contacts Output 7 Output 7 5.35.3、倍福模塊、倍福模塊KL4

10、001KL4001KL4001 模擬量輸出模塊可輸出0 V 到10 V 范圍的信號。該模塊可為處理層提供分辨率為12 位的電氣隔離信號?？偩€端子的輸出通道有一個公共接地電位端。KL4001是單通道型，適用于帶有接地電位的電氣隔離信號。它通過運行LED 顯示端子與總線耦合器之間的數(shù)據(jù)交換狀態(tài)。該模塊為變槳變頻器AC2提供速度信號。6、溫度傳感器、溫度傳感器Pt100Pt100和倍福和倍福KL3204KL3204模塊模塊該溫度傳感器是利用導體鉑（pt）的電阻值隨溫度的變化而變化的特性來測量溫度的。測量范圍：-200500攝氏度該溫度傳感器具有良好的線性關系。KL3204 模塊為電阻型傳感器測量模塊

11、。測量范圍：-250 850攝氏度（pt100）?？偩€端子電路只可使用2 線制傳感器。整個溫度范圍的線性度由一個微處理器來實現(xiàn)。總線端子的標準配置為：PT100 傳感器。分辨率為0.1 攝氏度，誤差小于1攝氏度 類型：IM3001(3相籠型轉子異步電機) 額定功率：4.5KW 額定轉速：1500rpm 工作制式：S2 60min 最大轉矩：75Nm 制動轉矩：100Nm 額定電壓：29V 額定電流：125A 額定功率因數(shù)：0.89 絕緣等級：F 轉動慣量：0.0148kg.m2 防護等級：IP54變槳電機采用交流異步電機，變槳速率由變槳電機轉速調節(jié)（通過逆變器改變供電的頻率來控制電機的轉速）。

12、相比采用直流電機調速的變槳控制系統(tǒng)，在保證調速性能的前提下，避免了直流電機存在碳刷容易磨損，維護工作量大、成本增加的缺點。7、變槳電機、變槳電機 8 8、旋轉編碼器和倍福、旋轉編碼器和倍福KL5001KL5001模塊模塊KL5001 SSI 接口模塊可直接連接SSI 傳感器（旋轉編碼器）。傳感器電源由SSI 接口提供。接口電路產(chǎn)生一個脈沖信號以讀取傳感器數(shù)據(jù)，讀取的數(shù)據(jù)以字的形式傳送到控制器的過程映像區(qū)中。各種操作模式、傳輸頻率和內部位寬可以永久地保存在控制寄存器中。25位分辨率，8192脈沖/4096圈格雷碼或二進制碼輸出自診斷功能電子清零可選組件：增量通道A，B；9 9、5 5和和8787

13、接近開關接近開關可無損不接觸地檢測金屬物體。通過高頻的交流電磁場和目標體相互作用實現(xiàn)檢測。采用殊殊的鐵氧體磁芯使得接近開關能夠抗交流磁場和直流磁場的干擾。測量范圍：8mm10%。采用3線制，PNP型，帶屏蔽。輸入電壓：1224VDC,脈動（P-P）10%以下（1030VDC ）。運行溫度范圍：-40 851010、9191限位開關限位開關觸點類型開關功能觸點開關類型最大電壓最大恒流接通、斷開常閉3個常閉A3Z400V6A最大電壓400VAC持續(xù)電流5A最大開關頻率100/min機械壽命-動作次數(shù)106工作溫度-30+80oC標準執(zhí)行機構形態(tài)C認證UL，CSA重量0.16kg技術數(shù)據(jù)五、變槳系統(tǒng)

14、的維護和故障診斷五、變槳系統(tǒng)的維護和故障診斷通過變槳柜轉動葉片的所有工作步驟如下（從進入輪轂始）： a) 進入輪轂； b) 在變槳柜上將手自動旋轉開關打到“M”位置； c) 用旋轉開關轉動葉片到想要的位置； d) 然后在變槳柜上立即將主開關旋到“Off ”位置； e) 若要轉到新的位置，將主開關旋到“On”位置，并按上述步驟轉動葉片。維護完成后： a) 將主開關旋到“On”位置； b) 靠手動操作方式將葉片轉到順槳位置； c) 在變槳柜上將開關旋到“A”位置。 注意：如果葉片未能完全轉到順槳位置，將開關從“M”位置旋到“A”位置后，控制系統(tǒng)會自動將葉片進一步旋轉順槳位置，維護人員不要靠近5.1

15、、變槳系統(tǒng)的維護、變槳系統(tǒng)的維護定期檢查變槳減速器的油位應在油窗的1/2處，如果不夠則需要添加，需加油的變槳減速器的葉尖應朝下,應在油溫低于40時進行。變槳軸承采用四點接觸球軸承結構，軸承在運行其間必須保持足夠的潤滑。長時期停止運轉的前后也必須加足新的潤滑脂。定期檢查變槳控制支架連接螺栓和所有附件連接螺栓是否松動，如有松動，應緊固。定期檢查變槳控制柜是否有破損、裂紋、焊縫開裂等現(xiàn)象。定期檢查與變槳控制柜相連的電纜，接頭是否牢固，是否磨損，變槳控制柜風扇是否工作正常。定期檢查漆面的完好程度，檢查門鎖是否完好。定期檢查變槳系統(tǒng)91限位開關、0和87接近傳感器工作是否正常。定期檢查變槳軸承的密封圈，擦去泄漏的油脂，密封帶和密封系統(tǒng)必須至少每12個月檢查一次，密封帶必須保持沒有灰塵，當清洗部件時，應避免清潔劑接觸密封帶或進入軌道系統(tǒng)。定期檢查變槳軸承防腐層是否脫落、破壞，若有請補刷破損和脫落部分。參照機組的維護手冊，定期參照螺栓緊固力矩表緊固變槳軸承與葉片連接螺栓。5.2 變槳系統(tǒng)故障診斷變槳系統(tǒng)故障診斷變槳系統(tǒng)故障可分為以下幾種:變槳系統(tǒng)溫度故障（包括電機溫度、電容溫度、變槳柜溫度、變頻器溫度故障）變槳電容電壓故障（包括電壓不平衡，高電壓，低電壓故障）變槳變頻器OK信號丟失故障葉片位置比較故障變槳節(jié)點故障旋轉編碼器數(shù)據(jù)溢