风机安全问题

1风机安全问题为了清楚了解风机的风机安全性设计的基本原理，现摘录（Jens-PeterMolly）的部分章节如下：刹车器的作用与齿轮箱过载刹车器的作用：常用于风机的安全系统，也用于静止或正常运行。其形式有：机械的、电器的或气动刹车。但使风轮从运动回到静止状态的可靠性要求很高。齿轮箱需承受的运行载荷：1、发电机端的扭矩波动，它取决于控制质量。在正常情况下，控制器产生的波动不超过额定扭矩的120%；在特殊情况下，变桨产生的扭矩波动可能会超过额定扭矩的150%。2、制动时的载荷，机械刹车布置在齿轮箱的高速轴端，刹车时常常产生很高的刹车扭矩，特别是无刹车片或卡住产生的刹车扭矩更高。3、并网时产生的冲击载荷，尤其是与电网同步失败产生的冲击力更大。4、风机故障停机或检修刹车，大风波动产生的风轮扭矩。齿轮箱需承受的故障载荷：1、发电机短路，冲击扭矩可以达到满负荷扭矩的8倍。2、风机紧急制动，刹车器安装在齿轮箱的高速端，有可能产生最危险的刹车载荷，刹车制动可能提前于叶片的收桨，此时的刹车力应有两倍的满负荷扭矩。2刹车的频繁度，因风场状况的不同而不同，频繁刹车可能造成齿轮箱齿面的点蚀。发电机短路会产生危险的冲击载荷，为避免此冲击载荷，齿轮箱与发电机通过特殊联轴器连接。过载时迅速扭断联轴器。机械刹车按刹车的情况可分：运行刹车，紧急刹车。刹车系统应按照，“保证故障情况下的风机安全”原则设计。风机检查刹车片的厚度以保证风机安全。安装在高速轴端的机械刹车，一则，由于在刹车过程中，从刹车开始时的滑动摩擦到其后的静止摩擦力，制动力不均匀造成齿轮箱过载；二则，高速端的刹车盘静止的瞬间，风机的风轮可能来回摆动造成齿轮箱齿面的动态过载。未了避免以上情况，并保护刹车，在整个刹车过程中，刹车力矩的调整应保持是一个柔性的过程。如果只采用一个刹车器，会增加轴承的支撑力和径向作用力；采用两个刹车器可避免轴承的径向作用力。刹车扭矩应大于两倍最大扭矩，这不是按额定功率给出的，还与其他条件有关。如：1、在额定或超速时的风轮刹车。2、在运行过程中的风机最大功率，可能超过风机额定功率的50%。3、基于变桨方面的考虑。在大风的条件下，从设计上讲，此时的最小桨距功率超过额定功率。如果风轮进行机械刹车，那么由于风3轮转速下降。桨距角也变小，这样功率吸收的同时，扭距还会增大。值得注意的是：在刹车过程中，风轮扭矩会提高，所以，最大扭矩系数应大于最大功率系数。运行与运行安全风机的运行是全自动的，在故障时，报故障停机并处于保护状态。机组的容量越大，运行监控越复杂，要求也越高，造价越高。对于正常运行的风机，监控与保护有两种功能。一、随时可手动停机；二、错误操作控制系统正常，或非正常运行时，通过控制参数或硬件开关动作来进行保护。尤其是风机超速的极限值，无论是手动或非正常运行都不能超过容许值。系统自检：运行时自动检测风机的各种实际功能。静止状态：风轮处于顺桨状态，机械刹车松开，风轮可缓慢随风转动，以便叶片中的水从叶片流出，避免冬季结冰胀裂叶片，后台操作可刹住叶轮。起动：风机启动后，叶片到达70度位置，叶轮转动加快。等待状态：测试叶片启动位置的风轮转速，当风轮转速超过3转每分时，风机进入运行状态。对于运行风机来说，风太大，即使是等待时间超过了允许值，风机可能仍然处于等待状态，同步励磁：控制桨距使风机加速到额定转速下的某一速度，风机开始与电网同步。负载运行Ⅰ：风机并网发电，控制桨距使风机在额定功率下运行；在部分负荷下运行，风机的桨距调整到最佳位置（一般在叶片的0°4位置）；当风机发电为负证明风机吸收电网电，超过一定的时间风机切除（在-20KW时间超过30秒）。负荷变化运行Ⅰ-Ⅱ或Ⅱ-Ⅰ：风机由低转速到高转速（Ⅰ-Ⅱ）加速；停机后从电网脱网（Ⅱ-Ⅰ）。负载运行Ⅱ：风机输出功率，大风时调整到额定功率；部分负荷时，风机的桨距已到最佳位置（一般在叶片的0°位置）；风速过高（如：超过25米以上30米以下，时间超过10分钟）风机切除。停机：风机处于等待状态。等风状态：风机处于运行状态下的相对静止状态。正常运行过程1、维护、风过小、过大停机。2、电网故障。3、风机启动到同步、并网运行。非正常运行风机故障，必须手动复位。1、超过允许的电缆缠绕值。2、运行时系统电压低。3、液压系统故障。4、发电机缺相保护。5、变桨速度太慢。6、过载7、发电机过热。5风机紧停1、超速。2、变桨角度超过允许值。3、转速测量故障。超速1、机械飞车2、机舱塔架振动3、运行故障。安全性安全性在风机设计中占有至关重要的地位，因为它可能危及人身和财产的安全。A、设计缺陷1、负载考虑不足。2、考虑不周。3、出现了没有考虑到的风机特性。4、结构上的缺陷。B、安全和保护系统的不完善1、安全系统设计缺陷。2、运行人员操作失误。3、传感器故障。4、环境的影响。C、制造、维护和安装时存在的缺陷。61、缺乏关键的技术。2、组装质量不好。3、安装问题。4、维修时出现的问题。安全性方针在风机运行过程中，还有一些情况对安全性的影响很大。1、出力过高尤其是在空气密度大的风场，功率超过允许值。2、振动当风机出现振动时，会使机械部件很快疲劳，从而出现故障或飞车。风机振动与某些部件频率产生共振则更危险。3、电网故障如果电网经常性出现故障，机组反复停机。机组的机械材料会出现疲劳和磨损，齿轮箱过载和刹车失灵等。4、特殊气候如冬夏季节气温对润滑油的影响，复杂地形产生的气流造成偏航力矩而产生部件疲劳。雷、电、雨、盐雾、冰雹等都对机组造成损害。在安全设计中遵循的原则：1、机组必须有两套以上的刹车系统。2、每套系统必须保证风机在安全范围内工作。3、两套系统的工作方式必须不同，应当利用不同的动力源。4、至少一套系统保护风轮在外部不正常的情况下，能正常工作。75、至少一套系统保护风轮转动在故障时能停下来。6、当安全系统进行停止或减速时，手动不对其产生影响。7、无空气动力刹车的风机用于超速时停机的机械刹车和转速传感器应布置在风机轴上。8、机舱对风偏航速度应有一定的限制。9、安全系统应保证在出现故障后不再并网。10、电器、液压、气动系统在故障时的动力源应得到保证。风机的安全知识一、风机安全的装置1、收桨问题：交流收桨、直流收桨。电池供电的交、直流收桨。2、刹车器问题。3、风机控制器自检。二、超速参数问题Mita风机控制器的状态码设置和Repower超速参数为了限制风机的超速，风机设置了很多状态码：分别报状态码213、1905、1411、310、311、312、317、328、319、320。除状态码213只报警不停机之外，其他9道均为停机保护。按照本人对这10道保护的理解：第一、出现瞬时飓风时，报状态码213通过降低额定转速来降速，8把风机的额定转速降至安全转速，即：风机在达到1960rpm，时间超过0.2秒，通过软件把风机的额定转速由1780rpm降到1720rpm，使得风机的转速迅速下降。等转速下降后风机的额定转速再次上升，既保证风机发电又降低转速，从而达到使风机不会超速；这个状态码还有另外一个功能，保证风机尽量多地吸收阵风带来的能量。第二，报状态码1905，刹车级别52，其收桨速度为5°/s，在风机转速达到1950rpm时，硬件WP2135动作，通过轮毂变桨通讯，由RPMOK信号报出。第三，报刹车75的状态码，1411、310、311、312，都为交流收桨，其收桨速度为8°/s。1411是变频器超速，达到2000rpm，变频器发出信号通过Mita控制发出信号使风机安全停机。310、311、312分别是齿轮箱、转子、发电机超速。风机达到2178rpm时，Mita控制器通过软件判断，使风机停机。第四，在风机转速超过2400rpm时，报刹车200电池回桨。317、328、319、320其收桨速度理论上是15°/s，其实际速度要与电池电压、电流、变桨电机、变桨齿轮箱有关。317、328分别是转子、齿轮箱超速。风机达到2400rpm时，Mita控制器通过软件判断，使风机停机刹车200停机。319、320分别是转子、发电机超速。风机达到2400rpm时，通过硬件断开，完全由断电后的继电器动作，使风机停机刹车200停机，其含义就是说，在外界完全没有任何供电和人为参与的条件下也会按9接触器动作停机。第五、在收桨过程中，不管是交流收桨还是直流收桨有问题，如收桨有问题就会报刹车190，电池收桨再辅助以刹车器。从而保证风机能安全停下来。三、控制器及刹车器问题控制器保证风机安全和效率：风机控制器不仅对风机的效率和发电有重大影响，其使用的方便与否直接影响现场服务人力的投入和检查的方便，更重要的是其稳定性和使用性能直接关系到风机的安全和人身安全。风机是批量生产，风机就像机器人一样，有各种各样的传感器，许多情况都要通过自我判断启机、自检和停机。任何事情都有两面性。东汽风机的技术含量高，固然是东汽风机的优点，但是，其设计、生产、调试和维护的技术也比其他风机要求高。如果有哪一方面不能到位，就有可能造成严重后果，甚至塔筒倒塌。刹车的基本原理：风机刹车器是制止风机进一步超速，保证风机安全的关键性一步。对于Mita风机控制器，每一个风机状态都有一个数字代码，且有一个刹车程序。当这个状态码激活时，就要使用其相应的刹车程序。当有多个状态码激活时，具有刹车级别最高的状态码优先。在刹车时，刹车程序不能降低，在执行刹车程序期间，即使是具有最高刹车程序的状态码复位了，这个刹车程序也要执行到刹车动作的完成。101、在一般情况下，变桨风机的都是通过交流收桨来完成。不同刹车级别的交流收桨，对应有不同的收桨速度，如：BP50、BP52、BP60、BP75。2、在电网出现故障，变频器并网开关、变桨电机速度高或仅是变桨通讯故障等，通过BP180电池急速回桨完成；如脱网时风机的发电功率过高，风机超速上升到BP200。3、在变桨风机的收桨出现问题时，或轮毂蓄电池储能不是很多的情况下，用BP190，主要电池收桨再辅以刹车器的动作来完成停机过程，在30秒钟过后松开刹车，但不断安全链。4、在特殊的情况下，除电池进行收桨外，可能主要是利用刹车器的动作，即BP200。收桨出现异常，转速迅速上升，转速2400rpm时，刹车级别上升为BP200。所以，桨叶的收桨一般的风机停机起主要作用；而BP200是作为第二道保护，阻止风机转速的进一步上升，避免离心力拉断叶片。从风机设计来讲可以保证“万无一失”，在任何情况下都可以安全停机，而不至于塔筒倒塌叶片断裂等事故发生。5、如果三个桨叶同时不能收回的确是对风机安全造成威胁，但是，其它都正常的情况下，可通过BP200，刹车器的及时制动使风机安全地停下来。总之，为了保证风机的安全，在风机故障的情况下，第一、一般情况降负荷拖网，通过不同刹车级别进行交流收桨，如变频器故障瞬间拖网，然后以最快的交流收桨速度进行收桨；第二、在特殊条件下，瞬间拖网，仅通过电池回桨；第三、在特别紧急的情况下，瞬间拖网，11电池回桨再配合以刹车器动作，例如：在严重超速时，电池收桨，与此同时，刹车器及时动作。避免速度上升造成离心力过大拉断叶片塔筒倒塌。但是，在变桨出现问题的条件下，由于种种原因造成刹车制动再出现故障，这样，就有可能造成风机飞车，叶片高速旋转由于离心力过大造成叶片断裂塔筒倒塌。即使是电池收桨没有问题的前提下，风机从1780rpm上升到2400rpm要不到1秒。在无刹车制动的条件下，风机转速要上升到更高其时间也不会太长。另一方面，叶片有巨大的惯性（FD77叶片的重量6.2吨），再加上继电器吸合的动作时间，变桨电机在这么短的时间内很难使叶片移动多少。在紧急情况下，如果刹车器不能及时制止叶轮旋转速度的上升，断叶片、倒塔筒那就是必然了。刹车力的问题从停机安全性方面看有：收桨、刹车。收桨问题固然重要，但仅是问题的一个方面。收桨应注意的问题：在正常情况下（不修改原设计线路），在运行或电池检测时，如有一个叶片的电压不够就会报状态码57，此状态码是不能屏蔽的，只有处理后才能起机，注意处理不能短接线。从1.5MW风机刹车设计来讲，被动式刹车在出现刹车200