搜索
苏州能健电气有限公司1.5MW变桨控制系统杨再名2011-03-31苏州能健电气有限公司主要内容一、变桨控制系统的基本原理二、变桨系统结构原理三、电气原理图四、主要元器件五、现场调试六、常见故障分析七、风场调试界面故障现象和分析八、安全事项苏州能健电气有限公司变桨控制系统主要由PLC、驱动器、直流电机、绝对值编码器等组成，并由蓄电池作为后备电源。PLC组成变桨的控制系统，它通过现场总线和主控制系统通信，接受主控系统的指令（主要是桨叶转动的速度和角度指令），并控制驱动器驱动直流电机，带动桨叶按照要求的方向和角度转动，同时PLC还负责蓄电池的充电控制、蓄电池电压的监控等辅助控制。一、变桨控制系统的基本原理苏州能健电气有限公司二、变桨控制系统的基本原理变桨系统不仅实现风机启动和运行时的桨距调节，还实现了风力发电机组的刹车系统。在正常停机和快速停机的情况下，变桨系统将叶片变桨到89°，使叶轮逐渐停转。在安全链断开或系统出现故障的情况下，变桨控制系统实现紧急收桨，每一个叶片分别由各自的蓄电池供电并控制完成顺桨操作，使叶片碰到91°限位开关，利用叶片的气动刹车，起到安全保护作用。苏州能健电气有限公司二、变桨系统结构原理风力发电机组的变桨系统采用最先进电子变桨控制，提高了系统的可靠性，降低了维护成本。变桨控制系统由七个柜体组成：一个主控柜、三个轴柜和三个蓄电池柜，它们不仅实现风机启动和运行时的桨距调节，而且能够在事故情况下担负起安全保护作用，完成叶片顺桨操作，同时还完成故障诊断、状态监测、故障状态下的安全复位功能、雷电保护控制、电池管理功能等，确保了系统的高可靠性。苏州能健电气有限公司二、变桨系统结构原理苏州能健电气有限公司三、电气原理图1、供电回路2、PLC控制和通讯、故障检测3、滑环-变桨24VDC回路4、正常变桨5、低电压穿越6、紧急顺桨7、旁路回路苏州能健电气有限公司1、供电回路主控提供400VAC经滑环后给变桨控制系统，变桨主控柜经A插头分别给三个轴箱提供400VAC；经F插头分别给三个轴提供230VAC；提供充电器供电电源；提供插座电源。400VAC主电源TT防雷系统，即相对零，零对地充电器供电苏州能健电气有限公司24VDC供电回路主控提供230VACUPS电源经N插头后，给开关电源1T1供电，开关电源相对零防雷器零对地防雷器UPS供电230VAC苏州能健电气有限公司充电器回路充电器输入电源充电器传感器，实时监控电池箱内的温度，并进行温度补偿充电器对三个电池箱循环充电充电器对电池电压进行过/欠压监控，当电池电压低于190VDC，或高于252VDC时，输出故障信号，辅助触点断开。苏州能健电气有限公司后备电池直流控制回路后备电池通过M插头分别给轴箱供电限位开关起到启动刹车的作用苏州能健电气有限公司后备电池直流控制回路苏州能健电气有限公司后备电池回路风机出现故障时为变桨电机提供备用电源进行紧急顺桨。每节蓄电池12V7.2Ah，一组6节，每个电池柜有3组共18节。总电压为216VDC。苏州能健电气有限公司2、PLC控制和通讯24V电源模块RS485通讯模块滑环-轮毂RS485通讯电缆苏州能健电气有限公司PLC故障检测当PLC故障或死机的情况下，监控器没有监控到PLC发出的脉冲信号，监控继电器输出故障信号，变桨系统紧急收桨到安全位置。PLC发出的脉冲信号苏州能健电气有限公司3、滑环-变桨24VDC回路在连接电路回路的时候，需要确定线路正确，防止因接线错误而短路苏州能健电气有限公司4、正常变桨主电源400VAC直流变桨电机直流变三相滤波器分流电阻直流驱动器主开关电流互感器，测量电机电流，输出为4-20MA模拟量信号。苏州能健电气有限公司正常变桨控制柜中的24V信号经G插头的3脚到三个轴箱，使轴箱中的继电器4K1线圈闭合得电，使主接触器4K2线圈得电，驱动器使能信号OK,正常变桨。触发驱动器的使能信号主接触器正常变桨刹车接触器苏州能健电气有限公司5、低电压穿越后备电池电216VDC，电网电压掉电，3S后5K1线圈失电断开。电池开关苏州能健电气有限公司低电压穿越设置功能为过/欠压检测、相序检测。过电压设置：480表示电网电压大于480VAC设定值时，输出过压报警信号，辅助触点断开，F1指示灯亮。欠电压设置：320表示电网电压小于320VAC设定值时，输出过压报警信号，辅助触点断开，F2指示灯亮。相序设置：15%表示相与相之间电压差不能60V，当超过60V时，输出报警信号。苏州能健电气有限公司低电压穿越断电延时继电器，设定值为3S三相电网电压监控继电器输出触点，当此信号的24VDC断开的时候，断电延时继电器延时3S后线圈失电。苏州能健电气有限公司低电压穿越低电压穿越回路苏州能健电气有限公司6、紧急顺桨苏州能健电气有限公司紧急顺桨91°限位开关95°限位开关3S后断开苏州能健电气有限公司旁路回路苏州能健电气有限公司四、主要元器件驱动器电枢三相主电源后备电池电源苏州能健电气有限公司驱动器速度设定0～+/-10V速度反馈RS485通讯苏州能健电气有限公司驱动器19继电器输出BTB18驱动器状态输出驱动器上电容预充电控制BY17旁路24V+/-10%24V16外部供电外部电源参考地EGND15外部供电地错误状态复位，最大30VRST14驱动器复位使能输入，最大30VRFG13驱动器使能最大输出24V/0.1APH12交流电源失效最大输出24V/0.1ALKK11冷却风扇控制电机电枢电流限流Id9限流8屏蔽设定转速和限流的参考地AGND7参考地0...+/-10V6设定转速屏蔽3参考地AGND20...+/-120V或0...+/-10V转速值1实际转速反馈值说明名称端子接线控制信号端子X2苏州能健电气有限公司驱动器动力线端子UDC2后备电池通过整流管连到中间电路UD+1备用电源RB4连接到散热器上的制动电阻UDC+3制动电阻D-12输出0~+400V,连接电机励磁线圈D+11串联磁场输出-400V~400VDC,连到电枢线圈-UA-13连到励磁线圈整流器GL14电枢电源保护接地线PE8电源保护接地连到励磁线圈整流器UA10输出-400V~+400VDC,连到电枢线圈+UA+9电枢L35L263×400VAC,50/60HzL17电源要求名称端子接线苏州能健电气有限公司驱动器状态定义控制处理器错误RF制动电阻过载RB设置参数超出允许范围PR中间电路过压OV电机电枢开路OP超速错误NH接地错误MS通讯处理器错误IO电机过载IM输出短路IKIGBT故障HF低压电源错误FVEEPROM出错EERAM出错CRCPU出错CP描述2位数码管显示中间电路欠压UV编码器断线故障EM缺相错误UP散热器过温错误TK串行接口错误RS苏州能健电气有限公司驱动器运行状态信号输出电流减小到额定电流(35A)M输出电流减小到限流点(70A)C电流输出超过限流点(70A)‘C’闪烁显示的数据和输出电流成比例，和电机运转方向无关0～9UA+电压UA-电压，电机逆时针转动LUA+电压UA-电压，电机顺时针转动R驱动器工作，没有显示错误信息中间电路正常，没有欠压和过压+24V电源正常V驱动器锁定，没有显示错误信息说明2位数码管显示苏州能健电气有限公司驱动器变桨驱动器（CONVERTER）的作用是把三相交流400V电源转换为可控直流电，从而达到驱动变桨直流电机运行的目的。驱动器要达到可控的目的，就需接受来自外界的变量信号。这些信号包括直流电机速度反馈信号，驱动器启动信号，速度给定信号等。苏州能健电气有限公司驱动器动力线端子控制信号端子外部接线图苏州能健电气有限公司充电器变桨系统充电器安装于控制箱中，当变桨系统处于待机及运行状态时，控制箱中的充电器通过B插头以15分钟循环对三个电池箱充电。充电器指示灯定义如下：--Sensor：闪烁表示温度传感器正常，熄灭表示温度传感器故障或超出测量范围。--Chargerbattery：长亮表示电池与充电器连接正常，熄灭表示电池与充电器故障或开路。--Uv/Ov：长亮表示电池电压正常，熄灭表示电池电压低于190VDC或大于252VDC。--Charging：亮表示开始充电，熄灭表示停止充电。苏州能健电气有限公司电机变桨系统直流串励电机是通过变速箱直接驱动叶片的主动设备。此变桨系统采用的是串励直流串励电机，额定转矩为16Nm、20Nm、24Nm、28Nm变桨直流串励电机主要由电枢绕组，励磁绕组，加热器，刹车，测速发电机，冷却风扇以及编码器等组成。独立驱动风扇电机接口夹紧法兰轴/电枢转子苏州能健电气有限公司电机接口端子定义电机电枢电机励磁电机风扇电机刹车电机测速PTC温度传感器电机加热苏州能健电气有限公司电机编码器针脚定义Pin1:DC0VPin2:data+Pin3:clock+Pin8:DC24VPin9:zeroPin10:data–Pin11:clock–机械复位编码器接口联轴器夹紧法兰苏州能健电气有限公司PLCRS485通讯模块PLCCPUPLC电源模块PLCSSI模块PLCI/O模块PLC模拟量模块苏州能健电气有限公司超速监控器超速监控继电器实时监控PLC的运行情况，当PLC输出脉冲低于设定值时，超速监控继电器输出报警信号，辅助触点断开。1、操作及参数设置2、参数设置如下：1）、F01=2;2）、S01=0;3）、NC1=1;4）、DIM=1；5）、A03=4;6）、SP1=1;7）、HY1=5;苏州能健电气有限公司五、现场调试1.1系统上电在机舱闭合机舱柜中的开关202Q1（变压器690/400V，向轮毂供电）、203Q1（变桨的400V供电）和203F4（变桨的230V供电）。在闭合开关之前，需要先在开关的上侧测量电源是否正常，如电压值是否正常，是否有缺相的情况等。进入轮毂，打开变桨主控柜，确认电源是否已经供进来了，可以在1F2的上侧（2，4，6）检查400V，在2F5的5和1端子检查230V。如果供电顺利供入主控柜，然后手动吸合2K1。在主控柜中闭合开关1F2（向轴柜1供400V）、1F3（向轴柜2供400V）和1F4（向轴柜3供400V）。依次闭合3个轴柜上的开关1Q1（向柜内供400V）。1.2系统校零在机舱柜中将24V接入EFC端子，在轮毂主控柜中的X6的2端子上检查24V4全链闭合的情况下从机舱柜通过滑环给变桨系统的24V信号。只有在EFC信号为高的情况下，变桨系统才能够进行变桨。将24V直接接入EFC端子，使变桨系统能够在安全链不闭合的情况下也能进行变桨。对变桨系统进行校零，需要电脑上配备RS232串口以及一根特制的串口连接线。1.3连接通讯找到PitchMon的安装文件PitchMonV1.45.msi并点击安装。桌面上出现PitchMonV1.45图标后，打开PitchMon，首先要选择通讯模式，采用默认的设置，即RS485模式，COM1端口。苏州能健电气有限公司在“GELIn”选项下的数据如下，（目前由于PLC信号点未采集到，因此所有灯都未亮，显示淡色）MotorActive分别表示轴1，轴2，轴3的BTB信号。正常灯亮绿灯，异常时亮红灯，说明变桨驱动器需要检修。原因：轴1驱动器故障，BTB没有输出，400V故障，L插头断线。“Amature/FanOverload”为监测轴1电机外部风扇信号，正常情况下为高，亮绿灯，如果为低的话，亮红灯。原因：三跳开轴的某一风扇故障，2F跳开风扇过载。“MotorThermistor”为监测轴1电机是否过热的信号，正常情况下为高，亮绿灯，如果为低的话，亮红灯。原因：三轴的某一电机温度过高，绕组处温度超过150°、PTC断路、5A1故障。“MotorOverload”为监测轴1电机是否过载信号，正常情况下为低，亮绿灯，如果为高的话，亮红灯，表示异常。原因：电机故障，1F2热继电器故障“BatteryVoltageMonitor”为轴1电池电压监测信号，正常情况下为高，亮绿灯。如果为低的话，亮红灯。原因：电池箱电压低，B插头没有插好，7A1故障。“91°Limit”为监测A限位开