偏航軟啟動系統(tǒng)故障分析-以云南某風(fēng)場為例

【摘要】偏航系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組的核心系統(tǒng)之一，對控制機(jī)組穩(wěn)定和保證機(jī)組發(fā)電量起著重要作用。本文針對云南某風(fēng)場1.5MW機(jī)組，增加偏航軟啟動系統(tǒng)后出現(xiàn)的偏航系統(tǒng)故障，進(jìn)行故障錄波和邏輯分析，有效地降低了故障發(fā)生率，以此提高偏航系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證機(jī)組平穩(wěn)可靠運(yùn)行?！娟P(guān)鍵詞】1.5MW機(jī)組偏航軟啟動故障分析運(yùn)行維護(hù)1.偏航系統(tǒng)概述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組重要的組成部分，主要作用為當(dāng)風(fēng)速矢量的方向變化時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過偏航使機(jī)組跟蹤風(fēng)向的變化，保證機(jī)組始終正對風(fēng)向，以獲得最大風(fēng)能，提高發(fā)電效率。偏航系統(tǒng)由偏航檢測機(jī)構(gòu)（風(fēng)速儀、風(fēng)向標(biāo)、偏航編碼器）、偏航控制機(jī)構(gòu)（PLC、電控系統(tǒng)）和偏航執(zhí)行機(jī)構(gòu)（偏航驅(qū)動電機(jī)、偏航減速器、偏航小齒輪、偏航軸承齒盤、偏航軸承、潤滑系統(tǒng)、偏航制動系統(tǒng)等）三大部分組成。偏航檢測機(jī)構(gòu)將當(dāng)前機(jī)組的風(fēng)速、風(fēng)向信號傳遞給PLC，PLC計算出機(jī)組當(dāng)前對風(fēng)角度，由PLC內(nèi)部控制邏輯判斷機(jī)組是否啟動偏航。當(dāng)達(dá)到偏航啟動條件時，PLC發(fā)出控制指令，偏航電機(jī)電子剎車打開、偏航剎車系統(tǒng)液壓站泄壓，隨后PLC發(fā)出偏航軟啟使能信號及偏航動作信號（左偏、右偏），繼而偏航電機(jī)開始運(yùn)行，經(jīng)過偏航減速機(jī)齒輪帶動機(jī)艙在偏航齒盤上旋轉(zhuǎn)，完成偏航動作。圖1：偏航控制系統(tǒng)框架圖2.偏航軟啟系統(tǒng)云南省某風(fēng)電場1.5MW機(jī)組存在偏航電氣回路斷路器跳閘、機(jī)組晃動大等問題。在偏航回路增加變頻器，基于變頻器驅(qū)動的柔性自學(xué)習(xí)偏航系統(tǒng)，是對原偏航系統(tǒng)的有效技術(shù)改造，目的是實現(xiàn)偏航系統(tǒng)的軟啟動、軟停止，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，減少振動和機(jī)械沖擊對風(fēng)機(jī)帶來的損害；同時減少啟動電流對電機(jī)的沖擊，延長電機(jī)壽命，提升機(jī)組可利用率和發(fā)電量，實現(xiàn)風(fēng)電場提質(zhì)增效。圖2：偏航軟起原理圖3.偏航系統(tǒng)問題說明系統(tǒng)投運(yùn)半年后頻繁出現(xiàn)由偏航相關(guān)的故障引發(fā)的機(jī)組停機(jī)現(xiàn)象。通過對現(xiàn)場出現(xiàn)的故障統(tǒng)計分類，偏航故障主要有兩類：一類是變頻器自身故障，主要為電機(jī)過速、供電電源欠壓、供電電源過壓、電機(jī)過載、母線電壓高等，此類故障發(fā)生頻率很高，為普遍性故障；一類是機(jī)組偏航系統(tǒng)相關(guān)故障，主要為偏航傳感器方向錯誤、偏航傳感器故障，此類故障為偶發(fā)性故障，集中發(fā)生在個別幾臺風(fēng)機(jī)組。以偏航故障停機(jī)為頂事件，使用故障樹方法研究風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的故障診斷。通過研究導(dǎo)致偏航統(tǒng)故障的直接原因，并結(jié)合導(dǎo)致這些原因產(chǎn)生的更深層次原因，找出故障產(chǎn)生的成因和后果的關(guān)系，構(gòu)造多層次故障樹結(jié)構(gòu)模型，如下圖所示。圖3：故障樹分析圖4.故障分析及處理措施4.1電機(jī)過速現(xiàn)場檢查變頻器的電機(jī)參數(shù)設(shè)置，其與電機(jī)銘牌一致。查看變頻器故障時刻的參數(shù)記錄，電機(jī)頻率超過了輸出頻率設(shè)定值。電機(jī)過速故障時刻相關(guān)的參數(shù)如圖所示：圖4：電機(jī)過速參數(shù)可能原因為變頻器在減速停機(jī)過程中，電機(jī)抱閘和制動器還未投入，在機(jī)組大風(fēng)滿發(fā)情況下，受輪轂旋轉(zhuǎn)的慣性和風(fēng)向變化的影響，電機(jī)會受到一些外部的驅(qū)動力，使電機(jī)被動處于發(fā)電狀態(tài)，導(dǎo)致變頻器的母線電壓升高。變頻器會通過提高輸出頻率使電機(jī)減少發(fā)電來避免母線電壓過高。如果電機(jī)頻率超過輸出頻率后，變頻器會報電機(jī)過速。為有效控制變頻器母線電壓，將變頻器制動單元提前打開，使制動電阻提前介入，同時降低慣性對電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，修改慣性系數(shù)后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速明顯穩(wěn)定。調(diào)整參數(shù)如下：[完整設(shè)置]→[電機(jī)參數(shù)]→[電機(jī)控制]→[制動單元釋能閾值Vbr]=660V[完整設(shè)置]→[電機(jī)參數(shù)]→[電機(jī)控制]→[慣性系數(shù)]=0%修改前后對比圖如下：圖5：電機(jī)過速修改前后對比圖4.2供電電源欠壓現(xiàn)場測量輸入電源電壓正常，查看欠壓保護(hù)參數(shù)，保護(hù)參數(shù)按照480VAC輸入電壓進(jìn)行設(shè)置，因而推測供電電源欠壓可能是由于保護(hù)值設(shè)置不合適。供電電源欠壓故障時刻相關(guān)的參數(shù)如圖所示：圖6：供電電源欠壓參數(shù)實際變頻器的供電電源為400VAC，按照供電電源400VAC對保護(hù)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)置。調(diào)整參數(shù)如下：[完整設(shè)置]→[錯誤/警告處理]→[欠壓處理]→[電源電壓urEs]=400V[完整設(shè)置]→[錯誤/警告處理]→[欠壓處理]→[欠壓電平usL]=212V[完整設(shè)置]→[錯誤/警告處理]→[欠壓處理]→[欠壓超時ust]=2s4.3電機(jī)過載在平穩(wěn)運(yùn)行過程中，電機(jī)或者外部的機(jī)械負(fù)載長時間的過載，易觸發(fā)此故障。查看故障時刻的變頻器記錄，電機(jī)熱狀態(tài)高于設(shè)定值。對風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)手自動偏航過程中電機(jī)電流、電壓、輸出頻率、熱狀態(tài)均正常，偏航時液壓回路壓力正常。對風(fēng)機(jī)分別進(jìn)行順時針、逆時針360度偏航，觀察變頻器電機(jī)狀態(tài)變化。在相對位置55°時，重新啟動自動偏航，電機(jī)電流突變偏航摩擦盤處有較大的響聲，推測是由于此時的制動器沒有打開導(dǎo)致偏航電流較大。下圖為電機(jī)過載故障時刻相關(guān)的參數(shù)：圖7：電機(jī)過載通過偏航故障統(tǒng)計，發(fā)生電機(jī)過載的僅為個別機(jī)組，目前處理措施為調(diào)整液壓制動系統(tǒng)。4.4偏航傳感器方向錯誤觸發(fā)條件為從上周期A\B偏航傳感器的DI狀態(tài)相等開始計算，A傳感器變化=順時針偏航，B傳感器變化=逆時針偏航。上周期不相等時，A傳感器變化=逆時針偏航，B傳感器變化=順時針偏航。順時針偏航記1，逆時針偏航記-1，與偏航狀態(tài)對比，如果角度偏差超過6°連續(xù)兩次，會報偏航傳感器方向錯誤?？紤]偏航運(yùn)行和停機(jī)過程中的慣性影響，由主控修改觸發(fā)條件，將角度偏差2°修改為偏差6°。4.5偏航傳感器錯誤觸發(fā)條件為偏航執(zhí)行5s后，接近開關(guān)（偏航計數(shù)器1和偏航計數(shù)器2）沒有反饋信號，觸發(fā)延時10s。發(fā)生該問題的為個別機(jī)組，目前處理措施為更換偏航傳感器和主控對應(yīng)的檢測模塊。5.結(jié)論本文從故障錄波和控制邏輯出發(fā)，分析了云南某風(fēng)場偏航故障停機(jī)現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，并結(jié)合實際排查結(jié)果，提出有效處理措施與預(yù)防舉措。當(dāng)前，該風(fēng)場偏航軟啟動故障70%左右為變