15MW风机学习资料.docx

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1.5MW风机学习资料

一、偏航系统

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，二是当机舱至塔底引出电缆到达设定的扭缆角度后自动进行解缆，结构图如下所示：

结构原理介绍：

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臵，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。

运行状态介绍：

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，从而设臵足够大的阻尼，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臵上。

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。

控制原理：

在不同的风速条件下，偏航的动作方式不同，分为高风速偏航和低风速偏航。

高风速下自动偏航：

60秒平均风速大于等于9m/s，触发偏航程序的条件如下：

•偏航对风60秒平均偏差大于8°，延时210s，风机偏航。

•偏航对风60秒平均偏差大于15°，延时20s，风机偏航。

低风速下自动偏航：

60秒平均风速小于9m/s，触发偏航程序的条件如下：

•偏航对风60秒平均偏差大于10°，延时250s，风机偏航。

•偏航对风60秒平均偏差大于18°，延时25s，风机偏航。

禁止偏航的条件：

在下列情况下，不允许自动偏航：

•产生偏航故障；

•偏航解缆动作；

•风机处于维护模式；

•30s平均风速<2.5m/s；

•紧急停机过程；

•发生风向故障；

•发生液压故障；

自动偏航不影响风机的当前状态。

自动解缆的条件：

1）风机处于待机状态和非维护模式，同时不出现偏航和液压故障

2）判断当位臵大于580或小于-580时，向右或向左解缆动作

解缆停止条件：

情况1：

偏航位臵回到小于360度，对风角度（风向标数值与180度差值）小于30度；

情况2：

偏航位臵小于40度

偏航解缆后，风机处于待机状态。

主要元器件的工作原理：

1、偏航软启动

偏航软启动作用：

•软启动器使偏航电机平稳启动；

•晶闸管控制偏航电机启动电压缓慢上升，启动过程结束时，晶闸管截止；•限制电机起动电流。

偏航软起工作时序图：

Ready:

偏航启动准备信号Ul：

偏航软启的输入电压S3:

Softstarter信号；Ut:

偏航软启DS6的输出电压TOR:

偏航软启状态反馈信号。

主控给出软起使能EN命令；软起内部启动工作继电器READY接点闭合；启动初始电压30%Un；启动时间10s；内部旁路继电器TOR接点闭合，晶闸管控制截止。

2、扭缆开关

扭揽开关四组触点中两组选用常开S1、S3连接输入IO；S2、S4连接安全链输入；故障检测旋转26圈（约750度）安全链动作旋转30圈（约860度）28.69565度/圈

3、偏航编码器

•绝对值编码器，记录偏航位臵；

•偏航轴承齿数与编码器码盘齿数之比；

•左右限位开关，常开触点；

•左右安全链限位开关，常闭触点；

4、偏航电机

•数量：

4个；

•对称布臵，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；

•内部有温度传感器，控制绕组温度；

•偏航电子刹车装臵；

•偏航齿轮箱：

行星式减速齿轮箱；

•偏航小齿轮。

5、偏航轴承

•内摩擦的滑动轴承系统；

•内齿圈设计。

6、偏航刹车片

•数量：

10个；

•液压系统偏航刹车控制；

•偏航系统未工作时刹车片全部抱闸，机舱不转动；

•机舱对风偏航时，所有刹车片半松开，设臵足够的阻尼，保持机舱平稳

偏航；

•自动解缆时，偏航刹车片全松开。

7、风向标、风速仪

风向标的接线包括六根线，分别是两根电源线，两个信号线和两根加热线；目前每台机组上有两个风向标；风向标的N指向机尾；偏航取一分钟平均风向。

风速仪的接线包括六根线，分别是两根电源线，两个信号线和两根加热线；目前每台机组上有两个风速仪；风机取25s平均风速。

风向标：

0-360度0-10V；风速仪：

0-50m/s0-10V。

二、液压系统

液压站原理图：

控制方式：

•系统压力低于145bar启泵，高于160bar停泵。

•偏航和解缆状态：

偏航解缆和迎风分别对应的阀臵位，系统压力P4为150bar左右，偏航压力P1维持在25bar左右

•高速轴刹车状态：

两阀同时复位/臵位；

系统进入停机模式并且为紧急停机模式（故障等级三安全链动作），保证叶轮速度降为小于5rpm，抱闸动作。

工作流程：

•维护刹车为被动刹车，无压力时处于释放状态。

维护刹车松开时，此时阀24得电，阀24断开；阀25得电，阀25接通，此时维护刹车无压力。

维护刹车动作时，阀24和阀25同时失电，阀24接通，阀25关断，维护刹车动作。

•偏航刹车共有3种状态

1）全压刹车----当阀22，23同时处于关断（失电）状态时，阀22，23通路断开，偏航刹车处于全压刹车状态。

2）刹车释放----当23得电，22失电，阀23通路接通，阀22通路断开，偏航刹车处于刹车释放状态。

3）减压刹车----当22得电，23失电时，22通路接通，23通路断开，此时为减压刹车。

油位油温开关：

•油位开关：

常开触点，达到指定高度开关闭合，

402DI4.1-1输入高电平（一通道亮）；

•油温开关：

常闭触点，未达到警戒温度70度时，

402DI4-8输入高电平（四通道亮）；

•液压加热器：

温控开关控制主回路通断。

主要元器件的原理：

1、储能器

蓄能器是用以储存油液的压力能，在需要时能将此能量释放出来完成有用功的装臵。

在液压系统中的主要作用如下：

储存液压能----当液压系统的一个工作循环中不同阶段所需流量变化很大时，常采用蓄能器和一个流量较小的泵组成油源。

若系统需要小流量，蓄能器将液压泵多余的流量储存起来；若系统短时间需要大流量，蓄能器将储存的油液释放出来和液压泵一起向系统供油。

另外，在液压泵停止向系统供油时，蓄能器把储存的压力油供给系统，补充系统泄漏或保持系统恒定压力，还有在液压泵源发生故障时作应急能源使用。

吸收压力冲击和压力脉动----在液压系统中，蓄能器用于吸收由于液流速度急剧变化（如换向阀突然换向，外负载突然停止运动等）时产生的冲击压力，使压力冲击的峰值降低；液压泵的流量脉动会引起负载运动速度的不均匀，还会引起压力脉动，故负载速度要求较均匀的系统要在泵的出口处安装相应的蓄能器。

提高系统工作的平稳性。

获得动态稳定性----在液压伺服系统中，蓄能器用于降低系统的固有频率，增大阻尼系数和增高稳定裕度。

从而提高了系统的动态稳定性。

充气式蓄能器是用活塞、皮囊或隔膜把高压容器分隔为充气室和储油室，在气室中充以一定压力的干燥氮气等，储油室则接入液压系统，靠油室与气室之间的压差迫使气体产生弹性变形，从而使储油室储存或释放与气体变形容积相等的压力油液。

2、压力继电器

压力继电器是利用液体的压力来启闭电气触点的液压电气转换元件。

当系统压力达到压力继电器的调定值时，发出电信号，使电气元件（如电磁铁、电机、时间继电器、电磁离合器等）动作，使油路卸压、换向，执行元件实现顺序动作，或关闭电动机使系统停止工作，起安全保护作用等。

压力继电器有柱塞式、膜片式、弹簧管式和波纹管式四种结构形式。

下面对柱塞式压力继电器（见图）的工作原理作一介绍：

外面的压力通过小柱塞与压在滑块上的弹簧力平衡，柱塞上的压力由弹簧力的大小而定，弹簧力可由另一侧的螺帽（或滚花手轮）来调节，调好后可用一锁紧螺丝锁紧。

滑块在弹簧力作用下使微动开关处在压下状态，而当作用在小柱塞另一侧的外部压力达到调定值时，小柱塞推动滑块移动，释放微动开关。

3、单向阀

控制油液只能按一个方向流动而反向截止。

4、溢流阀

调压溢流----在定量泵节流调速供

油系统中，利用溢流阀将多余的油液排回

油箱，调节弹簧的预紧力，也就调节了系

统的工作压力。

此时，溢流阀处于常开状

态。

安全保护----在定量泵或变量泵供

油系统中，没有多余的油液需要排回油

箱，溢流阀处于常闭状态。

只有在系统过

载时溢流阀才打开，防止系统压力进一步

升高，以保障系统的安全。

系统的工作压

力由负载决定。

图为直动式溢流阀的工作原理图。

它

由阀体、阀芯、调压弹簧、弹簧座、调节

螺母等组成。

进油口P接压力油，回油口

T接油箱。

1－阻尼孔2－阀体3－阀心4

－弹簧座5－调节螺杆6－阀盖7－调压

弹簧

5、电磁阀

利用阀芯位臵的改变，改变阀体上

各油口的连通或断开状态，从而控制油

路的连通、断开或改变方向。

图示中P

表示压力油的进口，T表示与油箱连通的

回油口，A和B表示连接其它工作油路的

油口。

通过改变阀口通流面积的大小或通流通道的长短来改变液阻，控制通过阀的6、节流阀流量，达到调节执行元件运动速度的目的。

三、齿轮箱及冷却系统

风力发电机组中齿轮箱的主要功能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1.5MW风力发电机组齿轮箱的增速比例是1：

100.48。

我公司1.5MW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。

齿轮箱基本特构图：

基本控制原理：

•油温<5℃,加热器启动，>5℃时3分钟之后，加热器停止；

•低速轴转速>1.2rpm或风机进入运行、发电、停机状态且油温>5℃------>低速油泵；

•低速轴转速>10.5rpm或油温>40℃------>高速油泵；

•油温>50℃，水泵启动，直到<45℃，水泵停止；（水冷系统）

•油温>60℃，水空风扇启动,直到<55℃，水空风扇停止；

•油温>60℃或轴温>70℃，空冷风扇（高速）启动，直到油温<50℃或轴温<65℃，空冷风扇停止；

•油温>80℃，风机进入正常停机模式；

•高速轴温（叶轮、发电机侧）>90℃，风机为正常停机模式。

油泵和风扇电机控制回路：

压力表和散热风扇：

4、发电机

发电机结构图：

基本原理：

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。

基本控制原理：

•发电机绕组温度>80℃，空冷风扇启动，直到<70℃，空冷风扇停止；•发电机绕组温度<机舱温度且机舱温度<10℃，发电机加热器启动，直到机舱温度>10℃或发电机绕组温度>机舱温度10分钟后停止加热。

双馈发电机的特点：

•由于定子直接与电网连接，转子采用变频器供电，因此，系统中的变频器容量仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机的最大转差率为25%-35%，因而变频器的最大容量仅为发电机额定容量的1/4-1/3。

这样，系统的总体配臵费用就比较低。

•具有变速恒频的特性。

•可以实现有功功率和无功功率的调节。

五、其他设备

滑环

用于连接机舱和轮毂的电缆，包括profibus通讯线，400V和230V供电线,24V供电线和安全链回路。

加速振动传感器：

Accelerationx-axis[V]:

-0,5g=0V0g=5V+0,5g=10V

Accelerationy-axis[V]：

-0,5g=0V0g=5V+0,5g=10V超速模块：

•转速信号

rotor_speed1/2：

0...10V0...35rpm

Converter_motor_speed：

减速比100.48

六、故障分析处理

1、偏航类故障：

2、液压类故障：

2、液压类故障：

3、齿轮箱故障

4、发电机故障

5、风向风速故障

6、机舱震动故障：