15MW双馈风力发电机组现场调试大纲解析.docx
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15MW双馈风力发电机组现场调试大纲解析
1.5MW双馈风力发电机
调试大纲
编制：
袁凌
校对：
董健
审核：
批准：
目录
1前言1
1.1调试工作总体目标1
1.2编制依据及调试过程中执行的规程、规范、规定、标准1
2机组情况说明3
2.1主要设备情况3
2.2主要系统简述3
3调试组织措施及工作原则7
3.1调试组织及各方主要职责7
3.2调试工作原则8
4调试工作流程及调试项目10
4.1调试工作开始应具备的条件10
4.1.1调试前的准备工作10
4.1.2接线检查10
4.1.3上电顺序11
4.1.4工具准备12
4.2静止调试12
4.2.1通讯测试13
4.2.2风机静止条件下安全链各环节的动作测试13
4.2.3变桨系统单独测试16
4.2.3.1叶片编码器读数校正16
4.2.3.2手动变桨测试17
4.2.3.3自动变桨测试18
4.2.4液压站静态检测20
4.2.5偏航系统单独测试21
4.2.6齿轮箱系统的静态检测24
4.2.7发电机系统的静态检测25
4.2.8变流器单独测试26
4.3空转调试37
4.4并网调试39
附录一表格2.1型风力发电机组基本信息表40
附录二表格2.2型变桨装置设备规范41
附录三表格2.3型齿轮箱设备规范42
附录四表格2.4型发电机设备规范42
附录五表格2.5型变频器设备规范45
附录六表格2.6偏航系统设备规范46
附录七表格4.1调试准备工作检查记录表47
附录九表格4.3风机静止测试完成情况表52
附录十表格4.4空转测试完成情况表53
1前言
为了实现我公司跨越化发展、建设一流风电企业的目标，在生产、调试环节贯彻执行标准化流程管理，保证1500kW风力发电机组机组的调试质量，完成高效、快捷地批量化生产、调试进度，特编制《1.5MW双馈风力发电机调试大纲》。
本《调试大纲》是风力发电机组在风场现场调试过程中进行静止测试、空转测试和带负荷及满载试验的技术性指导文件。
主要明确调试各阶段人员的分工、职责；并确定整套机组调试阶段的综合性调试项目原则方案和执行程序。
使参加机组调试的有关人员协调行动，科学合理地组织好调试工作，提高调试质量，确保机组顺利地启动运行，达到安全、稳定、满发的运行条件，有序、优质、高效地完成机组调试任务。
本调试大纲由电气控制系统事业部组织审查、批准后生效。
1.1调试工作总体目标
确保实现机组安全、快捷、优质、按期投运的工作目标，确保机组投运后能够达到长周期安全稳定运行。
1.2编制依据及调试过程中执行的规程、规范、规定、标准
●《风力发电机组验收规范》GB/T20319——2006
●《风力发电机组安全要求》GB/T1845.1.1——2001
●《风力发电机组通用试验方法）》GB/T19960.2——2005，
●《风力发电机组功率特性试验）》GB/T18451.2——2003，IEC61400-12:
1998,IDT
●《风力发电机组控制器试验方法》GB/T19070——2003
●《风力发电机组异步发电机试验方法》JB/T19071.2——2003
●《风力发电机组偏航系统第2部分试验方法》JB/T10425.2——2004
●《风力发电机组制动系统第2部分试验方法》JB/T10426.2——2004
●《风力发电机组齿轮箱》GB/19073——2003
●《风力发电机组一般液压系统》JB/T10427——2004
●《风力发电机组装配和安装规范》GB/T19568——2004
●《风力发电场安全规程》DL/796——2001
●《风力发电场项目建设规程验收规程》DL/T5191——2004
●《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-93
2机组情况说明
国电联合动力技术有限公司和德国aerodyn公司联合设计的UP77、UP82型风力发电机组，为3叶片、上风向、变桨矩、主动偏航、叶轮直径为77/82米、额定功率为1500KW的变桨变速恒频风力发电机组。
该风力发电机组依托先进的控制策略，具备高可靠性的传动系统，实现更高的风能利用率。
调试工作需要首先记录调试对象——风力发电机组的基本情况，具体情况描述见表格2.1。
2.1主要设备情况
风力发电机组的主要设备包括变桨装置、齿轮箱、偏航系统、发电机和变频器。
在进行现场控制系统调试工作开始之前，首先应确认该台风电机组各主要组成设备的技术规范。
需要按照标准表格将各设备的主要技术参数记录下来，在调试过程中保证运行参数在各设备的允许范围之内。
变桨装置的技术参数规范见表格2.2；
齿轮箱的技术参数规范见表格2.3；
发电机的技术参数规范见表格2.4；
变频器的技术参数规范见表格2.5；
偏航系统技术参数规范见表格2.6；
2.2主要系统简述
2.2.1变桨及安全系统
我公司风力发电机组的变桨系统采用最先进电动变桨控制，提高了系统的可靠性，降低了维护成本。
变桨的控制系统由七个柜体组成：
三个轴柜，三个蓄电池柜和一个主控柜，他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。
变桨系统桨距的调节方法为：
当风电机组达到运行条件时，控制系统命令调节桨距角调到50°，当叶轮转速达到5rpm时，再调节到0°，使叶轮具有最大的起动力矩，直到风力机组达到额定转速并网发电；在运行过程中，当输出功率小于额定功率时，桨距角保持在0°位置不变，不作任何调节；当发电机输出功率达到额定功率以后，调节系统根据输出功率的变化调整桨距角的大小，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使发电机的输出功率保持在额定功率。
当输出功率小于额定功率时，控制系统根据风速的大小，调整发电机转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比，优化输出功率。
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。
在故障情况下，在变桨系统的帮助下进行紧急停机，每一个叶片分别由各自的蓄电池控制完成顺桨操作，即使叶片碰到91°（92°）限位开关，利用叶片的气动刹车，起到安全保护作用。
2.2.2齿轮箱及传动系统
风力发电机组中的齿轮箱的主要功用是将叶轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。
通常叶轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，我公司齿轮箱的增速比例是1：
100。
我公司风力发电机组采用的齿轮箱为两级行星一级圆柱结构，主轴通过齿轮箱将能量传送到发电机.。
该齿轮箱的特点是结构紧凑，在同样增速比的条件下比传统齿轮箱占用空间小，有效节省了风机内的空间。
同时采用了新型号的轴承以及较高的齿轮精度，保证了齿轮箱在整个工作范围内都有较高的效率，性能先进。
齿轮箱设计为三级传动机构，前端有一输入轴，输出轴在后端，且位于输入轴中心线位置的上方。
能量通过齿轮箱再经过免维护的复合连轴器传送到发电机。
为了保证齿轮箱、发电机系统的正常运行，环境温度（机舱温度）的正常范围是-20°C至50°C；正常运转时必须保证齿轮箱油温低于70°C，如果证齿轮箱油温超过70°C，持续超过30分钟，风机必须停止运转。
如果温度超过80°C，风机应当立即停止运转。
经历高温停止的风机再启动之前，应进行齿轮箱内部检查。
正常运转时的齿轮箱高速轴轴承温度应低于90°C，如果高速轴轴承温度超过90°C，持续超过30分钟，风机必须停止运转。
如果温度超过95°C，风机应当立即停止运转。
经历高温停止的风机再启动之前，应进行齿轮箱内部检查。
齿轮箱油温在0-40°C之间时，齿轮箱油泵在低转速运转，温度超过40°C，齿轮箱油泵在高转速运行。
齿轮箱油温超过50°C时，冷却水泵开始运转，当齿轮箱油温超过60°C时，冷却风扇开始运转。
电加热器在齿轮箱油温低于5°C时开始加热，当油池温度高于20°C时，电加热器关机。
在润滑系统正常工作下，过滤器油压应该在1-3bar之间（油温50°C），如果油压不在此范围之内，不允许使用齿轮箱。
通过控制系统和分配器上的液压表读数来检查油压。
2.2.3发电机及转速系统
风力发电机组采用双馈恒频异步发电机，可以使风力机在比较宽的风轮转子转速变化范围内运转,以获取更多的电能。
高效率的4极双馈式发电机在运行时，既可超同步转速运行，也可亚同步转速运行，变速运行在1000～2017rmp之间，定子输出电压和频率可以维持不变，既可调节电网的功率因数，又可以提高系统的稳定性。
这种采用双馈异步发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制、减小变频器的容量外，还可以实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。
2.2.4变频器及并网系统
变频器传动单元和带有转子绕组和滑环的感应式发电机一起使用，它连接在发电机转子和电网之间，安装在塔底。
发电机转子转速与风速成比例变化。
为了保证转子转速最优（即比发电机同步转速稍高）,转子叶片的角度通过一个变桨传动单元进行调整。
但是，角度的调整是一个非常缓慢的过程。
为了补偿转子转速的快速变化，变频器快速增加或降低转子磁场的旋转速度，保证了发电机获得最优的滑差。
当风速降低时，变频器从电网获得能量并增加转子磁场的转速，以保证定子有能力向电网提供能量。
在风速增加时转子磁场的转速会降低。
超过同步转速以上时转子产生的能量也可以送到电网。
变频器保证将定子输出接入电网之前使定子输出电压和电网电压同步，且幅值相等，从而使发电机并网瞬间的涌流最低。
实现发电机的软并网。
在与电网解列时，变频器将转矩调整为零，这样做也就使定子电流降低到零，实现与电网解列的软切出。
变频器可以耐受高温，低温，高湿的环境。
柜体内和模块内均内置加热器，对抗低温和高湿环境。
柜体内还配置温度和湿度传感器。
所有线路板均带防腐涂层。
2.2.5偏航和刹车系统
偏航系统主要有两个功能，一是使机舱轴线跟踪变化稳定的风向，二是自动进行解缆操作。
我公司偏航系统是由偏航轴承和四台偏航电机驱动的齿轮传动机构组成的。
偏航轴承为内摩擦的滑动轴承系统，为内齿圈设计。
四台偏航驱动对称布置，由电机驱动小齿轮带动整个机舱沿偏航轴承转动，实现机舱的偏航。
当风向与机舱轴线偏离一个角度时（风小时为±8°，风大时为±15°），控制系统经过一段时间的确认后，会控制偏航电机将机舱轴线调整到与风向一致的方位，实现机舱对风。
当偏航电机带动偏航轴承偏航时，偏航液压刹车系统处于半释放状态，从而设置足够大的阻尼，偏航时使机舱保持足够的稳定性。
当偏航电机停止时，偏航液压系统处于刹车状态，将机舱固定到相应的位置上。
当机舱偏航到某一角度，由机舱引入到塔底的发电机电缆将处于缠绕的状态，这时风力发电机组会进行解缆处理（偏航系统按缠绕的反方向偏航），使电缆解除缠绕的状态。
由于解缆时希望能够快速偏航，这时偏航液压系统刹车处于完全释放状态。
3调试组织措施及工作原则
3.1调试组织及各方主要职责
根据风力发电机组调试方式的实际情况，在调试工作中实行统一指挥，标准化管理，调试工作组成员由调试指挥，调试负责人，调试人员组成，各方人员遵守各自的工作职责，协同合作共同完成调试任务。
3.1.1调试指挥
调试指挥者全面负责组织、指挥、协调风力发电机组的调试工作，确保调试工作有计划、按步骤、有条理地展开。
调试指挥者的主要职责包括：
1.全面组织、领导和协调调试工作，对试运中的安全、质量、进度和效益全面负责；
2.审批调试方案和措施，指导调试工作，对调试全过程进行技术监督；
3. 协调解决调试运行中出现的重大问题；
4. 负责对设备、系统调试结束后出具的调试报告的批准，对调试报告的真实性、准确性负领导责任。
5.组织和办理调试完成后的验收签证及资料交接。
3.1.2调试负责人
调试负责人承担风力发电机组调试的技术管理工作，掌握调试工作进度，汇报、解决调试工作中出现的问题，保证调试工作的顺利完成。
调试负责人的主要职责包括：
1.安排有关调试技术过程进度，保证调试工作的完整性和合理性；
2.负责设备、系统调试前的验收，确认调试具备的条件；
3.按照调试项目要求编制有关的方案、技术措施；
4.对设备及控制系统存在的问题进行分析，提出修改意见，
5.记录需要消除的缺陷，如有必要，以书面形式通知相关部门协助解决。
6.编写调试工作总结，负责审核调试报告。
3.1.3试验人员
试验人员负责风力发电机组调试的具体技术工作，按照调试方案开展各项调试工作，在工作中认真负责，发现问题并解决相应的缺陷，保证机组调试顺利完成。
试验人员的主要职责包括：
1.核查调试准备工作，做好系统图纸、工具、安全防护措施配备等各项准备；
2.按照调试项目要求开展调试工作，认真完成各项检查及调试操作，不缺项漏项；
3.及时发现并尽快消除调试中出现的缺陷，对于调试中发现难以处理的设备性能缺陷，做好相应的缺陷和备品备件的记录；
4.真实、客观地记录调试结果，提交调试报告等技术资料；
5.认真核对图纸，记录相应的修改，提交设计部门修订，保证每台风机图纸的准确性；
3.2调试工作原则
调试指挥负责风场调试的组织工作，全面领导风场内所有风机的调试和总体协调。
调试负责人对调试技术方案及实现负责，编制调试进度计划,保证调试安全、质量、进度控制，组织协调试验人员做好风机调试工作。
●在调试过程中遵守风场和风机调试的安全要求，做好调试工作中的安全措施，确保机组安全和人身安全。
●每项调试项目试验完成后，必须由调试负责人进行验收、签证。
●在系统静止试验前必须进行机舱、塔筒、塔底各部分全面的安装质量检查验收，静止试验项目不合格不得进入空转调试，空转测试中出现分系统调试不合格不得进入整机调试，以确保机组调试质量达到标准。
●分系统或整机试验前，各项先决条件必须满足。
●按照调试进度计划，明确组织职责、程序标准，控制关键步骤的调试质量和进度。
●在调试过程中发现未危及设备和人身安全的故障或缺陷，应汇报调试负责人决定后再处理；若发现危及设备和人身安全的故障或紧急情况，可根据具体情况就地采取紧急措施，但要考虑到对机组设备的影响，并及时通知调试指挥及有关人员。
●组织跟踪厂家调试项目的调试工作，为厂家调试项目创造条件。
4调试工作流程及调试项目
4.1调试工作开始应具备的条件
4.1.1调试前的准备工作
在调试工作正式开始之前，必须按照下列要求完成对风机设备及机舱、塔筒的全面检查。
检查后，应完成附录中的表格4.1调试准备工作检查记录表。
调试工作现场（机舱、塔底、软件调试间）应保证干净整洁：
Ø在进入工作现场后，需要指派专人记录进行该项工作内容中拆下的端子或元器件，该项工作完成后及时恢复；
Ø离开工作现场前需要将现场清理干净。
调试工作需要在风机所有系统硬件设备完好,接线正确,且接线端子牢固坚实的前提下才能够进行。
因此调试前需要安排试验人员对整个系统元器件及其接线牢固及美观程度进行彻底细致的检查。
调试工作负责人还应当根据当天工作内容提出工作中的关键点，将其解释并记录，提醒试验人员在工作时注意。
试验人员应在调试前熟悉并核对现场设备的电气接线图，并对吊装后可能松动的接线提前做好检察工作。
4.1.2接线检查
控制系统主要由机舱控制柜、塔底控制柜、变流器柜、变桨控制柜、多个被控制对象如偏航伺服电机和各类模拟、数字传感器等部分构成。
因此在进行调试工作之前，试验人员需要对照设备图纸依次核对下述接线完好、紧固且正确无误：
Ø塔底柜至机舱柜的690V接线检查
Ø塔底柜至机舱柜的光纤接线检查，在机舱柜和塔底柜的光电转换器模块上红绿线需要颠倒，例如，如果塔底柜红色接TD，绿色接RD，则机舱柜红色接RD，绿色接TD
Ø发电机至变流器的编码器接线检查
Ø发电机定转子至变流器的接线检查
Ø变流器至电网侧的接线检查
Ø变流器至塔底柜的光纤连接，接线方法：
变流器侧和塔底柜侧均是浅色光纤接头对深色光纤插座，深色光纤接头对浅色光纤插座。
Ø风速仪、风向标的接线检查，风向标N方向正对机尾
Ø滑环至变桨系统的接线检查
Ø检查所有在工厂调试中没有涉及到的项目接线
Ø检查所有柜内螺丝是否紧固
Ø检查所有机舱设备接线是否紧固，如：
PT100传感器等
4.1.3上电顺序
上电前需要将塔底柜维护开关打到维护位置！
在接线检查工作完成后，将箱变进线开关闭合送电后，检查塔底柜主开关1F0闭合，690V供电。
为了保证上电过程中设备和人身安全，试验人员必须根据电路图纸，按照《调试手册》上要求的上电顺序将塔底柜和机舱柜中各路开关和熔断器依次上电，并完成下列相关检查：
Ø按上电顺序闭合所有断路器后，检查所有开关和熔断器整定值（需要制定相关整定定值表）；
Ø变桨系统上电顺序在4.2.3变桨系统单独测试中
Ø检查箱变进线的供电电压及塔底变压器的输出电压是否正常；
Ø测试开关量、模拟量信号状态是否正确；
Ø编码器输入信号是否正确；
Ø电网监测模块接线的正确性；
各项检查完成后，保证控制系统能够处于正常待机状态，
注：
各控制柜中电源开关器件（包括空气开关、熔断器、漏电保护器）的作用及上电顺序汇总可以查阅表格4.1《电源开关上电顺序表》
4.1.4工具准备
Ø试验场地干净整洁，符合安全要求；
ØSCADA调试软件程序下装完成且及监控设备完好；
Ø调试电源、电压、容量、保险、保护装置附合要求
Ø试验人员精神状态良好，注意力集中，相关人身安全措施到位；
Ø试验相关图纸技术资料齐全，调试方案及技术措施等经过审定；
Ø试验测试设备齐全、仪器仪表齐备完好。
4.2静止调试
风机静止调试期间需要保证叶轮转子处于锁定状态，有关调试人员应监督叶轮机械锁定装置和液压系统压力。
静止调试的最佳工作风速范围是10m/s以内。
若无特殊说明，以下静止状态下的调试工作均需要在维护状态下进行！
通过对风力发电机组的各主要控制部分：
变桨、偏航、齿轮箱、变流器进行静止试验，完成对发电机组性能的检验，考核整机安全和保护性能，及时消除发现的问题，以保障被测机组达到安全稳定运行的标准。
风机在静止测试过程中需要完成的工作内容主要包括:
1、通讯测试
2、安全链测试
3、变桨系统测试
4、液压站测试
5、偏航系统测试
6、冷却系统测试
7、变流器测试
4.2.1通讯测试
在通讯测试项目中，主要检验各被控系统与风机主控制柜的正常通讯。
完成机舱控制柜、变桨控制柜、塔底控制柜、变流器柜上电操作且无不正常故障信息之后，需要分别检测：
1、变桨主控单元、变频器控制单元与系统主控单元的通讯联络是否正常；
2、塔顶——塔底控制柜通讯联络是否正常；
3、SCADA监控器的显示是否正常。
具体方法如下所示：
Ø检查塔底柜1号、2号、11号通讯站与机舱柜20号、22号、3号通讯站工作是否正常，检查项目主要是terminalswitch的开关位置和信号灯：
若变桨系统没有上电，则需要将22号站的terminalswitch打开on的位置
a）塔底柜、机舱柜内光电转换器指示灯灯柱9、10、11的3个灯同时亮起，证明光纤正常；
b）塔底11号和机舱20、22号站BK3150的1,5,7号灯亮绿灯；
c）塔底柜1号主站CX1500-M310没有红灯亮起；若变桨系统没有上电则此项不需检查
Ø如有异常需检查原因并及时排除；主要需要检查Profibus电缆接线顺序是否正确，BK3150地址设置是否正确，各个站点的terminalswitch位置是否正确，光电转换器设置是否正确等。
具体方法如下所示：
a）检查BK3150的地址拨盘，以及安全端子侧面的地址拨片，
如上图所示，靠上的地址选择开关×1，靠下的地址选择开关×10，两者相加就是该profibus站的地址。
具体地址如下：
模块编号
地址
变流器
2
塔底柜主站
101U0
1
塔底柜从站
103BC1
11
机舱柜数字从站（左）
401BC1
20
机舱柜模拟从站（右）
405BC0
22
SSB变桨系统
3
LUST变桨系统
30
b）检查Profibus接线是否正确，具体如下所示：
Profibus接线顺序：
变流器——》Profibus主站CX1500-M310——》塔底柜BK3150（11号站）——》塔底柜光电转换器——》机舱柜光电转换器——》机舱柜BK3150（20号站）——》机舱柜BK3150（22号站）——》变桨系统
Profibus通讯线绿色线接A，红色线接B
c）注意terminalswitch的位置
模块编号
Terminalswitch开关位置
变流器NPBA－12
ON
塔底柜主站
101U0
OFF
塔底柜从站
103BC1
OFF
机舱柜数字从站（左）
401BC1
OFF
机舱柜模拟从站（右）
405BC0
OFF
变桨系统（SSBorLUST）
ON
NPBA-12的Terminalswitch的设置方法
1、按下前后的卡钳
2、拔出PCB电路板，需要注意不能完全拔出
3、把Terminalswitch设置在需要的位置上
4、将PCB电路板推回直至卡钳卡住为止
具体方法可见下图：
d）检查光电转换器DIPswitch位置是否正确，具体如下所示：
DIP2设置在ON位置，其他均在OFF位置。
各项参数必须记录在静止调试报告表中。
4.2.2风机静止条件下安全链各环节的动作测试
安全链是风机运行中至关重要的安全系统，因此必须保证安全链系统的接线正确完好，在风机静止测试中尽可能完全的手动测试安全链的功能，在此环节中同时还测试了变桨系统在蓄电池驱动下的动作性能及限位开关的作用。
安全链性能的测试需要风机在维护状态下进行，转子机械锁定装置必须锁定。
作为安全链回路接线的验证，需要对串入安全链内的各输入信号是否正常依次进行测试。
在测试过程中，调试人员需要监视塔底柜安全链输入模块104DI5（KL1904）、机舱柜安全链输入模块404DI2或404DI2.1（KL1904）以及安全链输出模块404DO1（KL6904）的运行灯亮或灭的顺序，与下述试验所进行项目进行对应的比对和校验。
试验的项目应包括：
a）检查塔底柜和机舱柜安全链输入端子KL1904和安全链运算端子KL6904的信号灯状态
塔底柜KL1904（104DI5）的输入灯1、3绿灯亮，诊断灯1绿灯亮；
塔底柜KL6904（102DO1）的诊断灯1绿灯亮；
机舱柜KL1904（404DI2）的输入灯1、2、3、4绿灯亮，诊断灯1绿灯亮；
机舱柜KL1904（404DI2.1）的输入灯1、2、3绿灯亮，诊断灯1绿灯亮。
如有不同请检查。
b）按下塔底柜的复位按钮，检查安全链是否闭合，机舱柜336K3,336K4继电器是否吸合。
安全链若闭合，三个叶片应当同
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