金风兆瓦机组Vensys变桨系统及故障处理论文

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专 业 作者姓名 指导教师 定稿日期：2013年04月06日

摘 要

风力作为一种可再生资源是取之不尽、用之不竭的。风力发电环境污染小，可取代煤炭石油等非可再生资源的使用。因此，随着风力发电技术的日趋成熟，风力用作发电的动力来源有着更为广阔的发展前景。风力发电机组电控系统主要由变桨系统、变流系统、主控系统以及监控系统组成。其中，变桨系统的主要作用是通过控制输出功率对风机速度进行调整，达到降速目的。当风速超过额定风速时，通过调整叶片的桨距角降低风机转速，使风机额定功率输出，从而防止发电机和逆变系统过载，保证风机正常稳定的运行。当风速小于额定风速时，通过变桨系统改变桨距角，吸收更多的风能提高Cp（风能吸收系数），保证最高效的发电，提高风机的发电量。变桨系统的控制是风机运行、保证发电量的主要因素之一。

关键词：风机；Vensys变桨；调试；故障处理

I

Abstract

Wind power as a kind of renewable resources is mine, an inexhaustible. Wind power environment pollution small, can replace coal oil and other non-renewable resources use. Therefore, with wind power technology becomes mature, wind power generation of power as a broad prospect. Wind power generators electronic control system is mainly by the Vensys system, variable current system, master control system and monitoring system composition. Among them, the main function of the system change propeller is through the control the output power of the fan speed adjustment, to slow down purpose. When the winds over the rated wind speed, through the adjustment of the leaf blade Angle reduce fan speed, is rated power output to fan, so as to prevent generator and inverter system overload, ensure the normal operation of the stable fan. When the wind speed, the rated wind speed less than change the system change from the Angle of propeller blade, absorb more wind power improve Cp (wind energy absorption coefficient), ensuring the best efficient power generation, improve the capacity of the fan. Vensys system control is the change of the fan operation, ensure that one of the main factors of its.

Key Word: Introduction to Wind Power; Vensys Pitch; Debugging；Troubleshooting

II

目 录

摘 要 ................................................................................................... I Abstract ................................................................................................. II 第 1 章 绪论 ....................................................................................... 1 1.1 风能概述 ..................................................................................... 1 1.1.1风能的特点及其发展 ............................................................... 1 1.1.2我国风力发电的现状及趋势 ................................................... 1 1.2 风力发电机组结构及参数 ......................................................... 2

1.2.1 基本结构.................................................................................................. 2 1.2.2 兆瓦机组电控系统组成.......................................................................... 3 1.2.3 主要技术参数.......................................................................................... 4

第 2 章 Vensys变桨系统 ................................................................... 6 2.1 变桨系统的作用 ......................................................................... 6 2.2 Vensys变桨系统组成 .................................................................. 7 第 3 章 Vensys变桨系统控制及运行调试 ....................................... 9 3.1 Vensys变桨系统控制原理 .......................................................... 9

3.1.1 变桨系统原理.......................................................................................... 9 3.1.2 Vensys变桨系统控制 .............................................................................. 9 3.1.3 Vensys变桨系统控制模式 ...................................................................... 9 3.1.4 变桨系统控制过程................................................................................ 10

3.2 变桨系统运行调试 ................................................................... 12 3.3 运行调试主要内容 ................................................................... 13

3.3.1 检查变桨系统的通讯地址.................................................................... 13 3.3.2 旋转编码器的清零操作........................................................................ 13 3.3.3 0°接近开关挡块调整操作 ..................................................................... 14 3.3.4 90°限位开关挡块调整操作 ................................................................... 14

第 4 章 变桨系统常见故障处理 ..................................................... 15 4.1 故障文件的查询 ....................................................................... 15 4.2 变桨常见故障解释 ................................................................... 15

III

4.2.1 变桨超级电容电压低故障.................................................................... 15 4.2.2 变桨逆变器OK信号丢失故障分析 .................................................... 16 4.2.3 主副旋编相差大故障............................................................................ 18

第 5 章 小结 ..................................................................................... 20 致谢 ..................................................................................................... 21 参考文献 ............................................................................................. 22

IV

第 1 章 绪论

1.1 风能概述

1.1.1风能的特点及其发展

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴含量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大。从能源安全角度上看，我国发展改革委员会此前发布的数据表明，我国已成为世界上煤炭、钢铁、铁矿石、氧化铝、铜、水泥消耗最大的国家，是世界上能源消耗第二大国。我国2010年进口原油2.39亿吨，同比增长17%，我国石油对外依存度上升3个百分点，超过55%，成为仅次于美国的第二大石油进口国和消费国。从国际竞争力看，由于设备、管理、政策等滞后，我国的能源基础不具有国际竞争力[1]。从长远来看，我国目前的常规能源正在不断减少，必须开发和保证新的可再生能源供应，特别是开发和应用成本较低的清洁可再生资源——风能。

根据我国900多个气象站陆地上离地10m高度资料进行估算，全国平均风功率密度为100W/m2，风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿kW。另外，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW，共计约10亿kW。回顾2010年我国风力产业发展，风电产业依旧是最受人们关注的新能源产业，并已被列入国家战略新兴产业。全年新增装机1602.2万kW，累计装机4182.7万kW。在技术路径的选择上，直驱式风机与双馈式风机各有利弊。随着对风力发电机组可靠性要求的不断提高，直驱式风机设计正在不断增加。技术不断完善，运行的可靠性不断提高是风力发电行业的保障。另外，国家非常重视风电产业，国家陆续出台了一系列促进风电产业发展的法律、法规和产业政策，发展目标更加明确，思路更加清晰，前景非常广阔。风能可能是我国未来数年内最有发展潜力的可再生清洁能源之一。

1.1.2我国风力发电的现状及趋势

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把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风机叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风机技术，大约是3m/s的微风速度，便可以开始发电。风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染，风能清洁、环境效益好、装机规模灵活。但是，运行效率低、造价昂贵、技术有待改进，管理不够完善。

风力发电机组行业分析报告显示，2010年我国的风电累计装机容量达到2000万kW，2020年将达到1亿kW。目前国内风电整机制造业仅金风科技、华锐、东汽、上海电气4家企业的年产能就在800万kW以上，这意味着其他60多家风电企业的竞争将会更加激烈，而且这还不包括国际风电巨头。激烈的市场竞争，以及陆地上的装机容量等因素预示着风力发电面临着严峻的考验。风力发电机组能够在市场占有一席之地不仅仅是国家政策，公司文化使命，还有更重要的是产品质量，保证机组稳定的运行，尽可能多的发电，产品成本及其价格等各方面的因素。风力发电机的作用就是吸收最多的风能，而变桨系统是利用改变叶片的桨距角进而或得最大限度的风能。

1.2 风力发电机组结构及参数

金风兆瓦（例如金风1.5MW）系列机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、直接驱动叶轮与发电机连接，无齿轮箱，永磁同步发电机并网的总体设计方案[2]。

1.2.1 基本结构

风机主要由叶片、变桨机构、轮毂、发电机转子、发电机定子、偏航驱动、测风系统、辅助提升机、顶舱控制柜、底座、塔筒、塔架等部分组成[3]。各部分的组成分布如图 1-1所示。从图中可以清楚的看到该风机采用了水平轴三叶片的设计方案，正面迎风变桨距调节功能，能够更好的吸收风能。其中，机组的电控系统包括偏航系统、变桨系统、变流系统、通讯系统四大系统。通过继电器等元件的吸合或断开来实现偏航对风、改变桨距角确保最优的吸收风能，实现了自动控制和远程监控。

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金风兆瓦风机采用发电机为六相绕组交流永磁同步发电机，结构简单紧凑，可靠性高，发电质量高。通过风速仪测出风力大小，风向标检测来风的方向，自动变速、变桨系统的控制完成良好的对准风向，从而获得更多风能。辅助提升机主要用来提升重物，比如检修时使用的液压扳手等。偏航驱动主要是偏航电机带动偏航轴承以及减速器等完成自动偏航对风作用。通过变流系统使得风机输出功率稳定，保证良好的并网特性，多方面保证了风机高效稳定运行。

1、叶片 2、变桨机构 3、轮毂 4、发电机转子 5、发电机定子6、偏航驱动

7、测风系统 8、辅助提升机 9、顶舱控制柜 10、底座 11、塔架

图 1-1 风机主要结构（1.5MW）

1.2.2 兆瓦机组电控系统组成

金风直驱1.5MW风力发电机组电控系统主要由变桨系统、变流系统、主控系统和监控系统等构成，如图1-2所示。变桨系统通过接收主控系统下达的任务，进行三个叶片同步调节到所需要的位置。在手动变桨时可以进行桨距角独立调节。另外，变桨系统是目前系统唯一的停车机制，通过将桨叶迅速顺至停机位置来完成刹车。变流器在风机系统中主要作用是把风能转换成适应电网的电能，反馈电网。另外，变流系统还能够实现低电压穿越功能，即在波动短时间能够正常

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运行，在一段时间内保证风机不脱网。主控制系统是机组可靠运行的核心，主要完成数据采集及输入、输出信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱柜通讯，接收机舱信号，并根据实时情况进行判断发出偏航或液压站的工作信号；与三个独立的变桨柜通信，接收三个变桨柜的信号，并对变桨系统发送实时控制信号控制变桨动作；对变流系统进行实时的检测，根据不同的风况对变流系统输出扭矩要求，使风机的发电功率保持最佳；与中央监控系统通讯、传递信息。监控系统主要实现风机运行监控，包括风速的测量等，便于及时发现故障。

自动控制包括机组自动启动，变流器并网，主要零部件除湿加热，机舱自动跟踪风向，液压系统开停，散热器开停，机舱扭缆和自动解缆，电容补偿和电容滤波投切以及低于切入风速时自动停机。

图 1-2 金风直驱1.5MW电控系统组成

1.2.3 主要技术参数

风机的主要技术参数包括了兆瓦塔筒高度型号、额定功率、叶轮直径以及切入切出风速等。如表 1-1所示，金风1.5MW风力发电机组的切入风速是3m/s，当风速仪检测到风速在十分钟之内的平均风速大于或等于3m/s时，风机将启动。此时变桨系统将角度变到0°，使得风机能够吸收更多的风能，驱动风机做可能多的发电。

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表 1-1 1.5MW风机主要技术参数

名称 型号 额定功率 叶轮直径 轮毂中心高 切入风速 额定风速

切出风速（10min均值） 抗最大风速（3s均值）

运行温度范围 使用寿命

单位 kW m m m/s m/s m/s m/s ° C 年

参数

70/1500 ； 77/1500 ； 82/1500

1500 70 ； 77 ； 82

65、70、80、85（根据塔架高度）

3 11 25 59.5 -30 ～ +40

≥20

本文主要介绍电控系统中变桨系统。在金风兆瓦风机产品中主要有Vensys变桨系统和SSB变桨系统两种变桨系统。具体到实习的项目上两种控制系统都有使用，但是结合整个风机发展以及各自的优缺点，Vensys变桨系统更受业主的采取。其运行稳定可靠，占用空间位置较少，工作人员维护简单，技术较为成熟。Vensys变桨系统结构比较简单，但是功能强大，故障点比较少，外界环境因素对其影响不大。变桨系统中的内部安全链以及和其他元件构成的外部安全链是风机出现故障紧急停机的最后一道保护。另外，变桨系统完成桨距角的调节，在风向标正确检测对风的情况下，完成最大限度的吸收风能，达到在有限的风速下功率最大化。

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第 2 章 Vensys变桨系统

金风1.5MW风力发电机组变桨距控制的目的是使叶片在一定范围（0°到90°）变化，以便调节输出功率。避免了定桨距机组在确定攻角后，夏季风速较低导致发电低，而冬季风速较大时又超发的问题出现。变桨系统的控制策略是额定风速以下通过控制发电机的转速使其跟踪风速，这样可以跟踪最优Cp（风能吸收效率）；额定风速以上通过扭矩控制器及变桨控制器共同作用，使得功率、扭矩相对平稳；功率曲线较好。

2.1 变桨系统的作用

1、功率调节作用

变桨距控制是最常见的控制风力发电机组吸收风能的方法，变桨目的是通过控制桨距角，调节叶轮吸收风能的功率。在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能的捕捉较多的风能，桨距角设定值设定在能够吸收最大功率的最优值，所以这时机组运行没有必要改变桨距角，一般桨距角设定在0°附近，以便让叶轮尽可能多的吸收风能，此时，空气动力载荷通常比在额定风速小。额定风速以上阶段时，变速控制器和变桨控制器共同作用，通过变速控制器即控制发电机的扭矩使其恒定，从而恒定功率；通过变桨调节发电机转速，使其始终跟踪发电机转速的设定值。改变桨距角充分的吸收风能使功率最大化，保证风机的利用率达到最高。

2、气动刹车作用

金风1.5MW风力发电机组Vensys变桨系统是风机唯一的停车机制，通过将桨叶迅速顺桨至停机位置来完成气动刹车。主控系统的所有停机指令，包括普通停机，快速停机和紧急停机，最后都是通过数据总线发送到变桨系统来执行。机组安全链的最后输出到达变桨系统，在此过程中，任意一个安全链节点断开后，安全链系统送给变桨系统的高电平都会丢失，变桨系统会根据内部程序立即执行紧急停机。在执行停机或紧急停机的时候都是变桨柜接受主控传达信息，叶片迅

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速顺桨，利用空气阻力使得风机进入停机过程[4]。

2.2 Vensys变桨系统组成

变桨系统主要由变桨直流电源NG5、变桨变频器AC2、变桨后备电源——超级电容、PLC功能模块、中间继电器和熔断器、散热风扇、风扇电源滤波器和24V电源、旋转编码器等零部件构成。

1、变桨电源NG5

NG5为变桨直流电源，NG5充电器将三相交流400V经过NG5充电电源整流输出电压为60V，电流为80A，给超级电容和变桨逆变器AC2提供电源。充电器主要由输入滤波、DC-DC（将60V直流电压改变成24V直流电压）变换、输出高频整流滤波、以及CPU控制电路组成。其中，输入整流滤波器对于电磁兼容有很大的作用，有效地抑制了来自交流电网的传导干扰，DC-DC高频交换机使整机的效率大大提高。高频整流滤波共同作用使电源的输出滤波极小。CPU控制系统用于控制各种负载变换情况下的稳定输出。额定输入电压400VAC（交流400V），额定输出电压60VDC（直流60V），额定输出电流80A。NG5壳体上充电程度指示器；红色LED灯表明电池处于初始化充电阶段；黄色LED灯表明电池已经达到80%的充电量；绿色LED灯表明电池已经充满。

2、 变桨变频器AC 2

变桨逆变器的输入电压为60V，最大输出电流为450A，输出电压为29V，为变桨电机提供动力电源。在变桨柜中BC3150接受到主控PLC下达的命令执行变桨、停机和紧急停机等动作的时候，变桨逆变器AC2进行工作为变桨电机提供电源，电机工作，带动变桨盘上的齿形带动作，改变叶片的桨距角，完成各种下达的命令。

3、 变桨后备电源——超级电容

超级电容作为变桨系统的后备电源，在工作当中，如果遇到电厂相变掉电情况，可能会对变桨系统正常工作时得电的一些继电器或电路板造成冲击[5]。超级电容作为备用电源直接给变桨控制系统和逆变器AC2供电，保证变桨电控系统

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正常工作。超级电容可以进行短时间的为变桨系统元器件供电，记录故障文件的和执行正常停机等命令。其主要参数，如表 2-1所示：

表 2-1 超级电容的主要参数

超级电容主要参数

型号 额定电压 可用能量 容量

4-BMOD2600-6 60VDC（交流）

150kJ 108F

超级电容为变桨系统提供备用电源，是由4个超级电容组串联而成的额定电压为60V，总容量为108F，可用能量为150kJ的器件。超级电容模块的包装是一个耐损耗的冲压铝外壳。该材质的外壳是永久封装的，不需要维护，如果检测超级电容工作不正常，一般是进行更换。变桨超级电容的优点：充电电流大，充电时间短；交流变直流的整流模块同时作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路；超级电容的容量随使用年限的增加，减小的非常小；寿命长；无须维护；体积小，重量轻；充电时发热量低等优点。

4、PLC功能模块

BC3150是DP总线端子控制器，在DP通讯系统中作为智能从站使用，功能主要表现在两个方面，一是实现变桨控制系统与主控制器之间的通信，一是实现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。主控系统信息控制单元接收变桨柜PLC检测的信息，进行判断分析，再通过DP通讯传达到变桨柜BC3150，进行执行命令。

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第 3 章 Vensys变桨系统控制及运行调试

3.1 Vensys变桨系统控制原理

3.1.1 变桨系统原理

三相交流400V经过NG5充电电源，给超级电容充电，NG5的投入与切出完全取决于超级电容的电压，超级电容的高低电压经过A10自制模块处理后送给贝福模块KL3404。主控器通过接收KL3404采集的信息，计算出超级电容的高低电压，只要检测到超级电容高电压低于55V，就以80A恒流输出；只要电容电压达到60V就断开。充电器和超级电容构成一个闭环的自动控制电路，始终保持超级电容有60V的电压。同时，当来自滑环的电网电压掉电时，超级电容作为备用电源直接给变桨控制系统和逆变器AC2供电，保证变桨电控系统正常工作，执行停机动作。主控PLC发出的所有停机或者紧急停机命令最后都是通过变桨系统实现的[6]。

3.1.2 Vensys变桨系统控制

变桨系统共包括变桨控制柜、变桨驱动、皮带、皮带轮、叶片五部分。变桨驱动中包含变桨电机、变桨减速器。变桨控制柜为变桨电机提供电源，变桨电机带动皮带、皮带轮工作，驱使叶片上的变桨盘旋转，使叶片调整角度。变桨柜通过滑环与机舱柜连接进行数据交换，经过滑环的线路分别为400V电源线、安全链回路线、DP 总线。

3.1.3 Vensys变桨系统控制模式

1、自动变桨模式：正常工作状态，主控程序控制；

2、手动变桨模式：调试、维护状态；只有当两只叶片的位置在86°附近，第三只叶片才能向0°变桨，单只叶片的变桨范围被限制在5°到87°之间，叶片向0°变桨到接近开关动作为止；

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3、强制手动变桨模式：调试、维护状态；三只叶片都能向0°变桨，不受0°接近开关和90°限位开关的限制，只要在变桨齿形带的范围之内都可以进行变桨。

3.1.4 变桨系统控制过程

变桨的控制通过主控柜来的400V，50Hz的电源，进入机舱柜体，通过连接器到滑环进入轮毂内，完成变桨系统的电源传输。由于风机采用三叶片设计，因此分为三个变桨柜即变桨柜1#、变桨柜2#、变桨柜3#。判断变桨柜的顺序是,从滑环进去的为变桨柜1#，然后顺时针方向，分别为2#柜，3#柜。变桨柜出来两条关于限位开关的电源，分别是0°接近开关和90°限位开关，起到对变桨盘、齿形带以及其他设备的保护作用。如果在手动变桨过程中，触及到0°接近开关或90°限位开关，安全链断开，使得风机停机。变桨柜中引出变桨电机的动力线，电磁刹车，旋转编码器等电源。完成对变桨系统的驱动检查和信息的反馈。

变桨系统在轮毂内的拓扑结构如图 3-1所示。400VAC，50Hz的电源，以及地线（PE线）、中性线（N），通过机舱内部的滑环，进入到轮毂内部，进入变桨柜体当中。400VAC电源由Q1开关进行控制，当其闭合时候电源分成两路，一路是到柜体散热风扇。当然，其自动控制是体现在K2温度继电器当中，当温度较高时候，K2继电器的21、22两个触点闭合，使散热风扇进行工作，完成散热的效果，防止工作时温度较高损坏一些零部件。另外一路是为NG5进行间歇式充电提供电源，额定输入电压400VAC，额定输出电压60VDC，额定输出电流80A。输出的60VDC电源，是为各个零部件提供电源，比如BC3150，AC2等。一些传感器接收到变桨的一些信息，会发出一些反馈信号，通过电路板最后反应给主控PLC，运行状态在显示面板得以体现。

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图 3-1 变桨拓扑结构简图

Vensys变桨自动控制主要还是信号的反馈控制，一些倍福模块、继电器的使用，大大的增强了风机的自动化控制。下面简单介绍一下主要倍福模块如表 3-1所示和继电器如表 3-2所示的作用。

表 3-1 变桨系统中主要倍福模块及作用

名称 BC3150

主要作用

有一个DP 系统中作为智能从站使用。通过K-BUS总线扩展技术，可连接255个总线端子

数字量输入端子从现场设备获得二进制控制信号，并以电隔离信号的形式将数据传输到更高层的自动化单元

数字量输出模块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，还具有电压保护作用

KL1104

KL2408

KL3404 模拟量输入端子可处理-10V和10V或0V和10V范围的信号 KL3204

模拟量输入端子可直接连接电阻型传感器。总端子电路可使用2线制连接技术连接传感器PT100

这些倍福模块的正常工作是风力发电机组各种信息采集传到风机主控PLC的保证。一方面是风机的运行的检查作用，另一方面是对风机故障时候执行停机

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的保护作用。

表 3-2 变桨系统中主要继电器作用

名称 继电器K2

变桨系统中主要继电器作用

控制变桨电机刹车松、抱闸，同时对变桨电机冷却风扇M2、散热器冷却风扇M3运行进行控制

由限位开关控制，当叶片接触到限位开关时，继电器K3线圈失电，逆变器内部直流控制电源断电，变桨电机刹车抱闸

安全链控制继电器，由总线端子控制器BC3150检测变桨系统自身

继电器K3

继电器K4

安全链信号是否正常，只有变桨系统安全链正常时，继电器K4的线圈导通，否则，继电器K4的线圈将失电，由轮毂反馈给机舱的安全链信号是断开的

继电器K5

用于控制变桨控制柜内部加热器R0的运行，继电器K5线圈得电，加热器工作，反之，加热器停止工作

用于控制变桨控制柜内部冷却风扇M4的运行，继电器K6线圈得电，风扇工作，反之，风扇停止工作

用于检测由机舱进入轮毂的安全链信号是否正常，继电器K7线圈得电，外部安全链正常，反之，外部安全链断开

继电器K6

继电器K7

这些继电器的可靠运行是风机获得更多电量的保证，是一个好的功率曲线的要素之一。

3.2 变桨系统运行调试

变桨系统的正常运行是风机稳定运行的可靠保证。在风速较小的情况下能够完成自动改变攻角，改变叶片迎风面积，使得风机尽可能多的吸收风能，充分利用风能，保证最多的发电量[7]。

在Vensys变桨系统调试运行时，准备工具是必须的。因为每次维护变桨系统需要进入轮毂内部操作，准备不充分就是意味着在轮毂内来回进出，将会对维修人员的安全有很大的影响。因此，在操作前需要检查工具是否齐全，在工作完毕后依然要清点工具，以防工器具遗漏在变桨柜内，在高速运转的情况下，会发生撞击等，引起事故。变桨系统运行调试当中要准备的主要工器具如表 3-3所示：

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表 3-3 变桨系统运行调试主要工具

名称 端子起 尖嘴钳 万用表 内六方扳手 棘轮扳手 记号笔 柜体钥匙

手电筒/手持灯 变桨系统图纸

型号 2x150mm

基本工具

用途

拆除强制手动变桨的短接排；旋转F5

测量400VAC、230VAC、60VDC、24VDC电压值

球头8件套 调节92°限位开关位置 世达25件套

调整0°接近开关挡块和90°限位开关挡块的位置 标记变桨控制柜顺序；旋转编码器清零点 开/关变桨控制柜 轮毂内照明 电气接线及检查

3.3 运行调试主要内容

3.3.1 检查变桨系统的通讯地址

变桨控制柜1子站地址为：41；变桨控制柜2子站地址为：42；变桨控制柜3子站地址为：43。地址设定方法：面对BC3150，在DP接口下有2个旋转码盘，第1个码盘为“×1”，第2个码盘为“×10”。旋转码盘就可以进行设置41号子站通讯、42号子站通讯和43号子站通讯地址。主要测量信息如表 3-4所示：

表 3-4 测量主要信息

序号 1 2 3 4

测量项目 400VAC 230 VAC 60 VAC 24 VAC

测量方式 X10C:1、2、3、N、Pe

X1:6、N 变频器正、负接线柱

X2:8与X2:15

测量结果 400VAC 230 VAC 60 VAC 24 VAC

3.3.2 旋转编码器的清零操作

旋钮S2至“F”，使叶片逆时针旋转（面对轮毂），旋转时注意接近开关是否与挡块干涉。在变桨盘0°侧（触发接近开关的挡块侧为0°侧）上有一刻度线，

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使其与轮毂上0°线对齐（若无明显标记，也可以用对叶片锁定的销孔的方式对零或者用数螺栓的方式对零），然后使用短接电缆短接端子X3：14（3号端子排的14号端口）与X2：8（2号端子排的8号端口）持续3秒后断开，主控调试人员观察叶片变桨角度数据是否为0，为0°则清零成功。清零成功后，用短接线把端子X3：14（3号端子排的14号端口）接地。

3.3.3 0°接近开关挡块调整操作

进行此操作时，要求两人进行操作。一人进行变桨操作，一人进行变桨机械设备安全监测，保证变桨时机械设备始终在安全的区域，并且在停止变桨时，进行传感器位置的调节。

旋转变桨旋钮S2至“B”，使叶片顺时针旋转（面对轮毂），主控调试人员观察叶片角度，旋转至5°时，停止变桨。调整挡块与接近开关，使接近开关被触发，但大于5°时接近开关不被触发，调整接近开关与挡块之间的距离在1~2mm。调节完毕后，观察0°接近开关反馈为高电平，如果为低电平，说明接近开关未被触发，需要继续调节。完成上述操作以后，旋转变桨旋钮S2至“F”，使叶片逆时针旋转（面对轮毂），观察0°接近开关反馈与叶片角度，使叶片角度停止在-2°，在此角度范围内0°接近开关反馈必须持续为高电平，如果存在低电平，则需要缩小接近开关与挡块间的距离，但勿必保证接近开关与挡块不摩擦。

3.3.4 90°限位开关挡块调整操作

旋转变桨旋钮S2至“B”，使叶片顺时针旋转（面对轮毂），观察叶片角度，旋转至92°时，停止变桨。调整挡块与限位开关，使限位开关被触发，但小于92°限位开关不被触发，调整限位开关的滚轮在挡块斜面与平面形成的凸角处触发，防止限位开关被挡块撞断。调整完毕后，观察90°限位开关反馈，如果为高电平，说明限位开关未被触发，需要继续调节。完成上述操作后，手动变桨进行测试，观察叶片角度在92°附近，90°限位开关反馈信号的变化是否符合调试要求。

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第 4 章 变桨系统常见故障处理

4.1 故障文件的查询

机组在调试时，在每个PLC中Hard Disk下都要放入1个被命名为weaprog的文件夹，而且按调试要求都要对相应的文件进行修改和设置，并双击Buffersave.exe和errostorage.exe 两个可执行文件。 Buffersave.exe文件的运行是为了生成故障文件的，而errostorage.exe是用来存储故障文件到相应文件夹下的。

风机报出故障的表现形式如表 4-1所示，在风机故障手册当中可以找到对应的故障介绍及解释[8]。

表 4-1 风机故障表示形式

禁止自动复位

0

禁止所有偏航

1

1——代表风机执行相应的动作要求， 0——代表不执行相应的动作要求。表格中“禁止自动复位”这一项下的表格中为“0”，这表示在主控PLC中不禁止自动复位（即可以自动复位）；表格中“禁止所有偏航”这一项下的表格中为“1”，这表示在PLC命令中禁止所有偏航。

4.2 变桨常见故障解释

变桨系统故障可分为以下几种：变桨电机温度故障、变桨电容温度故障、变桨电容高电压故障、变桨电容电压不平衡、变桨柜温度故障、变桨变频器温度故障、变桨变频器OK信号丢失故障、叶片位置比较故障、旋转编码器数据溢出故障、变桨电源供应故障、变桨位置传感器故障、变桨位置传感器范围故障、变桨限位开关故障、变桨速度超限故障、变桨速度比较故障、手动或强制手动变桨动作故障等。结合项目现场实际情况，把实习的三个月当中处理过的故障进行分析，其中，三个变桨柜当中的结构是相同的，以1#变桨柜为例进行分析。

4.2.1 变桨超级电容电压低故障

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在实习项目上经常会有风机报变桨超级电容电压低和充电无准备故障。遇到这种故障，需要到风电场进行维护。打开主控柜，操作面板上一般会有故障提示，比如是1号变桨柜超级电容电压低。风机处于停机状态，叶片顺至于风向平行的角度，利用空气阻力进行停机。根据实习时注意到报此故障，还有充电器无准备故障。在操作面板上可以看到信息。但是，这仅仅是发生故障时，风机停机之前的故障信息，没有进行复位更新。这时需要进行面板操作，打开信号指示页面。可以发现1号变桨准备状态和1号变桨超级电容电压状态两个指示灯是黄色的，正常情况下是蓝色的。指示灯信号是准确反映工作状态的，应以此为标准或者在故障显示时候，多进行几次复位，也可以得到准确的运行状态。

在和实习项目上的老员工学习交流，认为可能是与超级电容的质量有很大关系，当夏天的时候，温度比较高，空气湿度较大，风机就经常报变桨超级电容电压低或者是充电无准备。另一方面就是工作人员在进入轮毂内，打开变桨柜，进行检查。检查超级电容的容量，DP通讯线是不是受到接地干扰以及线路是不是有虚接现象。这些都是有可能引起充电器无准备或者超级电容电压低。但是，在工作现场，通过多次在变桨柜中检查，超级电容正常，检测器件也是正常的。当我们在主控进行操作，把机舱内的400V电源断掉一段时间，让超级电容进行充分放电，大约在20min到30min。然后进行上电，或者看到主控面板上的信号灯全部变成黄色时进行上电。一般情况下都是可以正常起机。而且，可以连续运行一周。在风速比较大的时候，都是采用这种操作方法进行快速恢复。保证风机的发电量。

个人认为应该与变桨电机的工作频率也是有关的，一般是风机在风速比较低或者风向不稳定的环境下运行时，风机为了最大限度的吸收功能，需要多次进行变桨电机的启动停止来保证发电量。这样会导致某个变桨柜的超级电容一直充放电，导致检测系统检测失灵，或者电容质量比较差，导致变桨超级电容电压低或充电器无准备。

4.2.2 变桨逆变器OK信号丢失故障分析

在项目现场维护风机时候，还会经常遇到变桨逆变器OK信号丢失故障。机组如果报变桨逆变器OK信号丢失故障，叶片停止在报故障时的位置，连接该机

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组就地监控可以发现对应的信号灯在闪烁。但是，由于通讯延迟等原因，在就地监控上看到的闪烁频率与变桨柜内A2模块和KL1104的1号通道的状态灯闪烁频率不一致，必须进机组现场检查。进入轮毂后不要断开Q1，否则故障有可能在断电上电重启后暂时消失，导致无法通过状态灯闪烁频率判断故障点，所以需要先观察A2模块KL1104 的1号通道的状态灯的闪烁频率，对应闪烁频率，查找AC2故障说明，可以找出相应的故障点。这也是工作人员长期处理故障得到的经验。

闪烁频率为1时，表明AC2检测到逻辑故障。如超级电容电压发生突变，“看门狗”复位能触发该类故障的发生。超级电容损坏或者质量问题，可能会发生电压跳变，导致报出此故障，此时必须要更换超级电容。在充电器损坏时，并联的超级电容正负极的充电器输出端可能出现瞬间短路，导致逆变器检测到超级电容电压突变，也报出此故障，同时也报出超级电容高电压故障，更换NG5后此故障也排除。除了上述两种情况，一般该类故障发生时，正常的断电复位后可以解决此问题。

闪烁频率为2时，表明AC2接收到不正确的启动命令，或者正反相的速度同时给定。不正确的启动顺序，制动开关未打开，以及同时正反向进行速度给定，都容易导致该故障的发生。该故障的发生率是最高的。输入接口E1接线端子是设定AC2变桨速度的，只能接收0V到10V的模拟电压信号，如果主控制器的KL4001损坏，输出信号超出AC2的输入范围，导致AC2接收到不正确的启动命令，就会报此故障。此时更换KL4001模块既可。变桨时，主控制器给AC2一个变桨电机的旋转速度和方向的信号，同时，变桨电机会通过旋转编码器反馈变桨电机旋转方向的信号给AC2，如果旋转编码器损坏，反馈信号出现差错也会报此故障，这时需要更换旋转编码器。变频器与电机的电缆由于绝缘磨损短路，或者电机内部短路，电机过载出现电机卡死等也会报此故障。首先，通过就地监控面板观察变桨电机的温度和变桨时的速度，如果温度过高或者变桨速度比另外两个变桨速度慢，就必须登机进入轮毂，就地仔细检查连接电缆，并且手动变桨测试电机好坏，在变桨时仔细听变桨电机和叶片轴承是否有异常声音，如果变桨电机出现问题需更换变桨电机。

闪烁频率为3时，相电压充电失败。可能是电机与变频器连接虚接，连接不

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可靠，或连接电缆断裂，或者电机内部开路。需要更换连接电缆和检查变桨电机。

闪烁频率为4时，加速度故障，加速度故障一般都是虚报的，进行复位启动即可，也有时候是真正的震动，需要对机舱内部震动模块进行检测或更换。

闪烁频率为5时，表明AC2内部电压电流检测环节发生故障。重启AC2任然报此故障需更换AC2变频器。

闪烁频率为6时，AC2内部接触器驱动故障。重启AC2任然报此故障需更换AC2变频器。

闪烁频率为7时，AC2变频器内部检测到过温故障。

闪烁频率为8时，CAN-BUS总线故障。现在运行的变桨系统没有使用AC2的CAN-BUS总线。故障灯一直亮，超级电容电压低。未出现该故障时，主控已近报超级电容高电压故障，更换充电器后，故障自动消失。

变桨逆变器OK信号以规律的脉冲从变桨逆变器AC2的A3和A4端口，引线到A10的X4a：7、8两个端口，将结果输入到A2模块 KL1104的1号端口，端口指示灯会有规律的闪烁，最后传递给BC3150。变桨逆变器AC2本身具有强大的自我诊断功能，它的微控制器实时监视AC2的工作情况。“看门狗”电路，输出输入电流、电压、内部接触器驱动、逆变器温度、变桨电机温度、启动过程报警、旋编故障等外部或者内部信号有任何异常时，AC2的微控制器就会报出逆变器OK信号丢失。

4.2.3 主副旋编相差大故障

旋编是检测变桨叶片在执行各种命令的时候，会引起主副旋编相差大。报此故障一般是旋编线松动引起的，由于整个变桨系统都随着风机叶片的转动而同步转动，长时间的运行，会使扎带松动，从而引起主副旋编相差大。在处理此故障我们首先是进行插线，如果线路没有松动，进一步查旋编线与电路板的接头和与变桨电机的接头。

在进行故障维护时候，我曾经处理过这样的一次故障，就是人为的照成的破坏，在用扎带扎紧的地方，由于工作人员需要进入轮毂进行其他工作，许多工作人员就直接踩到扎带上进入轮毂，由于扎带比较硬，加上旋编线就外面一层薄绝缘皮进行保护，很容易被鞋子与固定支架进行挤压，导致破裂。可能起初没有故

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障显示，但是，当高速旋转时候，可能会引起旋编线的摩擦。导致旋编线与轮毂支架接触，形成信号干扰，报此故障。

本节主要是进行我亲自处理的三个故障进行详细解释，总结了出线故障的现象，最直观的是风机停机。另外对故障维护操作，进行论述。当然，可能各个项目处理的方法有所不同。但是，原则就是先进行故障文件的查询，了解真正的故障点，最初的故障信息，而不是面板上没有刷新的故障记录。查找到故障根源进一步对故障进行分析，掌握其工作原理与其他元器件的联系，全面考虑引起故障的因素。进一步对线路的查询，是不是接头虚接，接地干扰，线路松动等，然后，对检测模块进行检查，最后，对元器件的更换。当然在工作当中，也可能到轮毂内打开变桨柜就能够看到故障的原因，比如说某个继电器跳闸，就可以先看看线路，有没有断路，进行闭合运行。

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第 5 章 小结

本文从风能的发展展开论述，主要是对金风兆瓦机组Vensys变桨系统变桨运行调试以及变桨故障处理进行讨论。

风机的控制系统是风机的重要组成部分，它承担着风机监控、自动调节、实现最大风能的捕获以及保证良好的电网兼容性等重要任务。它主要由监控系统、主控系统、变桨控制系统以及变频系统几部分组成。其中变桨控制系统与主控系统配合，通过对叶片的节距角的控制，实现最大风能捕获以及恒功率运行，提高了风力发电机组的运行灵活性。目前看来，变桨控制系统的叶片驱动有液压和电气两种方式，电气驱动方式又有采用交流电机和直流电机两种不同方案。在金风兆瓦产品当中主要是采用400VAC，50Hz交流电机驱动。由箱变直接经过主控进入机舱，然后经过滑环送到变桨柜进行工作。

风机的各种故障就是通过许多检测模块的相互检测，使各部件都能稳定运行，是风机平稳的运行的重要保证。

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致谢

本论文是在老师，精心指导和大力支持下完成的。在答辩之前，进一步对本论文进行指导。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。她们渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在写毕业论文过程中我也学到了许多了关于风力发电机组Vensys变桨系统方面的知识，实践技能有了很大的提高。巩固了所学的知识。

通过这次写论文，在老师的指导下，我对一些不熟悉的知识又有了进一步的了解，而且还学到了一些新的东西，对一些软件更熟练了。时刻提醒自己，做事情要认真，学习态度端正，哪怕一个标点符号的不同，其意义就会改变。这些成果是与老师的耐心教导，不断帮助离不开的。

最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示深深地感谢！

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参考文献

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[2] 崔裔飞.杜志伟.机械原理介绍金风1500KW机组[M].新疆金风科技股份有限公司.2008

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/g32p.html