风力发电机组中的安全系统

２００２年第ｉ期　风力发电　总第６４期（季刊）　

浅谈风力发电机组的安全系统　

新骚风能公司　霍晓萍　

１　前言　当夸世界风力发电技术日趋成熟，对风　力发电机组的开发研究正向大容量型机组发　展，５００ｋＷ和６００ｋＷ风机技术逐步完善，兆　瓦级机组已投入商业化生产　在这样的发展　形势下，随着机组容量增大，相应机组的体　积、重量、叶片长度、塔高等也将有所增加，风　力发电机组要具备运行安全性和可靠性必然　要对风力规的安全系统提出更高的要求。国　际能源机构（ＩＥＡ）已决定就风机结构安全性　制订一套规程，丹麦、荷兰、德国等风能利用　技术比较成熟的国家相继制订出了关于安全　系统的国家标准。　因此，对已投运风机的安全系统深人理　解既有助于提高运行维护质量、同时也可对　风机的生产设计提供一些参考经验。　本文将以德国Ｔｗ６００型风力机和　ＸｗＥＣ—ＪＡＣＯＢＳ　４３／６００型风机为例对风　机的安全系统作一简单分析　２安全系统概念　通常＾们会把安全系统归到控制系统　中，将二者概念混淆，事实上安全系统与控制　系统在概念上完全不同。　控制系统用来保持风机在各种外部条件　下能够在正常的限定范围内运行，它可对风　力发电设备进行控制、调节及监测，监测设备　的功能是否失效、并采取相应措施。　而安全系统即为确保风力发电设备在出　现故障时．仍处于安全状态的系统。如果出现　故障，安全系统的任务是保证设备安全动作　３６　安全系统在逻辑上优先于控制系统，其　作用是与机组安全相关的限定值超出或控制　系统不能控制设备在正常限定值内动作时，　保护设备，使之处于安全状态。　控制系统的功能应服从于安全系统的要　求，　安全系统具有最高的优先权，它可进入　至少两套刹车系统　一旦由于超出正常限定　值而触发安全系统　刹车系统便立即投Ａ工　作．将风机处于安全状态　德国国家标准对安全系统提出如下要　求：　①一台风机至少应装设两套互不依赖的　刹车系统，将转速在任何状态下限制在运行　速度内。一套系统必须是刹车、用以确保叶轮　可靠制动。　②叶片浆距控制、叶尖扰流器和机械刹　车均属安全系统。　⑨振动传感器必须与安全系统相连．当　振动的幅度超出限定值时将风机切除。　３风机安全系统的分析　首先针对安全系统的功能及其动作可靠　性以ＴＷ６００和ＸＷＥＣ　ＪＡＣＯＢＳ　４３／６００型　风力发电机组为例作一简单介绍　风力发电机组的安全系统主要包括：安　全链和剃车系统。　３　ｌ　ＴＷ５００型风力机的安全系统　（１）刹车系统　为保证风机在正常停机时和安全链被触　

风力发电机组控制系统

昝润鹏双馈机运行原理图

控制系统的功能

•控制系统利用DSP或单片机，在正常运行状态下，主要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

控制系统的任务

•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。

控制系统的内容

•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。

•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。

风机控制策略介绍

•第一：低于切入风速区域。一旦满足切入条件，控制启动风机。•第二：切入风速到额定风速区域。控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。•第三：超过额定风速区域。通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp（最大值是0.593）。通常可取6-8。功率曲线叶尖速比与风能利用系数的曲线

风力发电机组安全保护系统

在方案设计阶段，应在风力发电机组的系统方案框架内建立其运行管理，以使系统运行最佳化，并且保证万一发生故障时，仍能使风力发电机组保持在安全状态。通常，风力发电机组的运行管理由控制系统执行。气程序逻辑应保证风力发电机组在规定的条件下能有效、安全和可靠地运行。

1、过速保护系统：

此风机过速保护系统包括硬件过速和软件过速

硬件过速是在风机控制柜中设有过速继电器WP2035，它的整定值跟低速轴前端得脉冲信号紧密联系，如果前端脉冲信号为8那么它的整定值为0404（4.0HZ/4S平均）如果前端脉冲信号为4那么它的整定值为0208（2HZ/8S）。在调试的过程中为了测试过速继电器，继电器的设置必须降到0.5HZ。随后，风机通过手动变桨调节转速。当转速达到了0.5HZ，安全链开启并且释放状态吗“过速继电器”。测试后，过速继电器一定要再次设置到4HZ，平均=4。软件过速是在控制系统中设有故障逻辑控制。如果风大于1290rpm时风机就会通过软件报312、315故障导致风机停机、安全链断开桨叶变为顺桨位置。在调试的过程中测试WP3100的过速1，在“参数运行控制器”下：状态315设置为300RPM，手动变桨调节风机的速度，当风机的转速达到300RPM/Min时风机会风机过速1故障而停机。风机过速保护系统是风机安全设计中考虑要最全面的安全系统，所以如果风机真过速硬件过速和软件过速都必须要动作导致安全链断开来保护风机。2、主电网保护

从箱变到风机是由三相五线制240平方和185平方的电缆连接而成。下面是对主电网的要求，如果有一项没有达到要求值风机就会因报电网故障而停机。a、L1-L2-L3三相的相位为120°±6°b、L1-L2-L3三相电流对称，50A延时时间为0.8Sc、L1-L2-L3三相电压对称，最大值为690V*1.08，最小值为690V*0.94，延时的时间为5*20Sd、电网的频率为50HZ±1HZ，延时的时间为5*20Se、电网的最大电流为2000A3、发电机短路保护

风力发电机组安全标准

一、要求

安全是一切工作的根本，应安全操作风力发电机组设备，所以维护人员需认真阅读并遵守相关的安全手册的安全规范。任何错误的操作和违反安全的行为都可能导致严重的设备损坏或危及维修人员的安全。所有在风力发电机组附近工作的人员都要认真阅读、正确理解和使用相关安全手册。

二、安全标准概述

（1）未经授权，不允许攀爬风力发电机组。根据安全规范要求接受必要的安全、电气和机械方面的培训课程，并且考核合格者才允许对机组进行相应的操作。

（2）操作人员必须理解人身防护设备说明书并正确使用，并在其使用之前和之后都进行检查。对安全设备的检查必须由经授权的维修公司进行，并且必须记录在设备的维护记录中。不要使用任何有磨损或撕裂痕迹的设备或者超过制造商建议的使用寿命的设备。

（3）在风力发电机组附近或进入风力发电机组，任何时候必须戴安全帽、穿安全鞋。登高或高处作业，请使用人身防护装备（PersonalProtectiveEquipment，PPE）。不允许独自进入风力发电机组。除此之外，强烈建议随身携带通信设备，以备在紧急情况下使用。

（4）当在风力发电机上工作时，操作人员附近必须有紧急逃生设备，以便可以快速撤离到安全地带。操作人员必须对设备及其使用非常熟悉，以备紧急撤离之需。在任何时候，紧急逃生设备的使用说明书都必须与设备放在一起，且在不打开设备的情况下就可以查看。

（5）在进入风力发电机组执行任何操作之前，必须告知主管人员或现场经理在风力发电机组中的准确位置以及将要执行的操作类型和范围。主管人员或现场经理根据情况决定准许或者拒绝要执行的工作。

（6）在开展任何工作之前，操作人员必须知道当地的紧急联系电话以备用。

（7）如果必须从地面上检查一台正在运行的风力发电机组，不允许站在叶片所在的旋转平面内，而应站在风力发电机组的前方安全距离以外。 （8）工作人员进入风力发电机组维护操作时，应先使风力发电机组处于维护状态。具体操作步骤为：先按下红色停止按钮，使风力发电机组停机，如果蓝灯待机指示灯亮，则停机程序完成；然后将主控柜正面的“操作钥匙”开关旋至“repair”位置，进入维护状态；当维护完毕后，先按下黑色复位按钮，然后将“钥匙开关”旋至运行位置，最后按下启动按钮，启动风力发电机组，进入运行状态，待风力发电机组正常运行后工作人员方可离开。