风电场风机变桨系统故障分析及具体措施

变桨系统主要元件故障原因及分析——AC2和NG5故障原因及分析******专业：电力系统自动化入职时间：2010-7-1部门：技术服务中心目录目录 (1)摘要 (2)一、变桨系统的作用 (2)（一）功率调节 (2)（二）气动刹车 (2)二、主要元器件的介绍 (3)（一）变桨逆变器AC2 (3)（二）充电器NG5 (3)（三）其他元器件 (5)三、控制原理 (6)（一）变桨原理框图 (6)（二）变桨原理介绍 (6)四、典型故障分析 (7)（一）变桨逆变器OK信号丢失故障分析 (7)1、变桨逆变器OK信号形成及检测过程 (7)2、变桨逆变器OK信号丢失原因 (8)（二）充电器NG5损坏原因分析及整改建议 (9)1、NG5充电器损坏原因 (10)2、整改意见 (11)五、结束语 (15)参考文献： (16)摘要本文通过对变桨系统的重要元器件的原理和变桨控制原理进行了简单的介绍，总结了充电器NG5和逆变器AC2发生故障的原因和解决方法，并且提出本人在现场进行维护工作时发现的一些缺陷和整改意见。

关键词：变桨系统逆变器AC2 充电器NG5 浪涌保护一、变桨系统的作用（一）功率调节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将距角，一般桨距角设定为零度附近，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之上时小。

额定风速以上阶段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。

（二）气动刹车金风1500kW风力发电机组变桨系统是目前该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气动刹车。

主控的所有停机指令，包括普通停机，快速停机和紧急停机，最后都是通过总线发给变桨系统来执行。

图1　变桨电机图2　备用电池组　安全锁定系统安全锁定系统是指变桨电机采用单向制动，单向制动是指叶片在变桨时有制动功能，顺桨时没有。

当电网掉电时，叶片会由于自身重力向顺桨方向转动，保护设备。

　变桨滑环变桨滑环（见图3）用来传递机舱部分与轮毂部分的电源和控制信号，安装在轮毂内。

图3　变桨滑环　变桨变频器变桨变频器（见图4）与PLC之间的通信基于图4　变桨变频器6　变桨限位变桨角度范围为0~90°，86°时有一个电磁感应开关来检测叶片是否在顺桨位置，在-4°时有一个极限位置开关来保护叶片不会超出工作位置。

　变桨变频器程序传输1　连接变桨程序硬件由装有COMBIVIS软件的电脑与变桨变频器使用专用连接线（见图5）连接。

2　传输程序软件.1　Parameter_Pitch.dw5为变桨变频器的参数文件，这个文件包含变桨变频器的所有必需的设置，包括CANopen通信的参数设置，必须下载到所有变桨变频器中，如图6所示。

.2　CANopen.on on PLC设置CANopen通信的文图6　Parameter_Pitch.dw5文件图7　CANopen.on PLC文件（1）检查PLC左上角的通信线是否接触良好。

（2）控制面板内无变桨程序版本号，可能为1）偏航变频器上的小开关拨的位置有误，应；2）三个变桨变频器上的小开关拨的位置有误，pitch1-OFF、pitch2-OFF、pitch3-ON。

（3）变桨变频器内的程序版本与一致，重传变桨变频器的程序或修改的参数跟控制面板上显示的变桨版本号一致。

（4）变桨控制柜间的线内部断裂，接触不良，更换线。

（5）检查主PLC的18线、浪涌保护的1和3号端子的线接触是否良好。

（6）更换滑环。

3.3　故障号：19（SS-11：Hub drives分析及处理方法：（1）检查主PLC的20线、浪涌保护图5　装有COMBIVIS软件的电脑与变桨变频器专用连接线连接经验共享Experience Sharing（1）检查轮毂滑环支撑杆是否松动，检查滑环支撑杆是否添加紧固螺母。

风电场风机变桨系统故障分析与措施摘要：随着我国社会经济的发展，风力发电作为新能源利用的典范，近年来得到了迅速的发展，但是由于风电场设备相对复杂，因此风电场各项设备抗损坏能力较差，特别是风电场风机变桨系统的故障就是一个表现突出的问题。

本文对风力发电电动变桨和液压变桨常见故障进行了分析，并给出了解决问题的意见和建议。

关键词：风电场风机；系统故障；分析与措施引言我国社会经济的快速发展对于电力的生产提出了较高的要求，在传统能源相对不足的背景下，风电场的电力的生产可以满足社会对电力资源的需求，这也给风机变桨系统的安全正常运行带来了较大的压力。

1.风电场风机电动变桨系统常见的故障分析与处理（一）故障分析1.变桨电滑环故障分析在风力发电中，无论是风速过大还是过小，都会对供电机的工作产生不利的影响，但是我们使用变桨滑环之后，就能够通过信号指令让桨叶自动调整，使得桨叶不稳定的问题得到了很好的解决。

但实际具体操作中，风机变桨是在轮毂不间断旋转的情况下实行的，系统在离心力和交变负载的影响下，各个部件都承受了较大的脉动负荷，这就大大提高了故障的发生概率，常见的故障诸如接线不牢固和接触不良等问题。

2.后备电源故障分析后备电源在具体的运用中，也会出现一些不容忽视的问题，从而导致在风机控制系统紧急情况下不能正常的工作。

风机控制系统后备电源主要有铅酸蓄电池和超级电容两种形式，因为风电系统工作在恶劣的环境中，温度和湿度变化较大，外界的这些因素会对电池寿命和性能产生较大的影响，严重的还会造成蓄电池释放能效降低，这样一旦系统出现故障，后备电源的作用也无法发挥出来，从而造成整个设备陷入瘫痪。

3.变桨电气回路故障分析变频装置控制器是桨叶驱动程序运行的基础，如果变频装置损坏、电机运行功率不达标和接线不牢固，变桨电气回路就会发生故障，控制器出现故障时，主要表现为内部电气元件损坏失失效，关触点接触不良、控制器的输出信号不正常，当整个系统出现故障时，就会造成桨叶停止运行。

1.5MW风力发电机组变桨系统原理及维护国电联合动力技术有限公司培训中心（内部资料严禁外泄）UP77/82 风电机组变桨控制及维护目录1、变桨系统控制原理2、变桨系统简介3、变桨系统故障及处理4、LUST与SSB变桨系统的异同5、变桨系统维护定桨失速风机与变桨变速风机之比较定桨失速型风电机组发电量随着风速的提高而增长，在额定风速下达到满发，但风速若再增加，机组出力反而下降很快，叶片呈现失速特性。

优点：机械结构简单，易于制造；控制原理简单，运行可靠性高。

缺点：额定风速高，风轮转换效率低；电能质量差，对电网影响大；叶片复杂，重量大，不适合制造大风机变桨变速型风电机组风机的每个叶片可跟随风速变化独立同步的变化桨距角，控制机组在任何转速下始终工作在最佳状态，额定风速得以有效降低，提高了低风速下机组的发电能力；当风速继续提高时，功率曲线能够维持恒定，有效地提高了风轮的转换效率。

优点：发电效率高，超出定桨机组10%以上；电能质量提高，电网兼容性好；高风速时停机并顺桨，降低载荷，保护机组安全；叶片相对简单，重量轻，利于制造大型兆瓦级风机缺点：变桨机械、电气和控制系统复杂，运行维护难度大。

变桨距双馈变速恒频风力发电机组成为当前国内兆瓦级风力发电机组的主流。

变桨系统组成部分简介变桨控制系统简介✓主控制柜✓轴柜✓蓄电池柜✓驱动电机✓减速齿轮箱✓变桨轴承✓限位开关✓编码器▪变桨主控柜变桨轴柜▪蓄电池柜▪电机编码器GM 400绝对值编码器共10根线，引入变桨控制柜，需按线号及颜色接入变桨控制柜端子排上。

▪限位开关变桨系统工作流程：●机组主控通过滑环传输的控制指令；●将变桨命令分配至三个轴柜；●轴柜通过各自独立整流装置同步变换直流来驱动电机；●通过减速齿轮箱传递扭矩至变桨齿轮带动每个叶片旋转至精准的角度；●将该叶片角度值反馈至机组主控系统变桨系统控制原理风机不同运行状态下的变桨控制1、静止——起动状态2、起动——加速状态3、加速——风机并网状态3.1、低于额定功率下发电运行3.2 达到额定功率后维持满发状态运行4、运行——停机状态1、静止——起动状态下的变桨调节桨距角调节至50°迎风；开桨速度不能超过2 ° /s;顺桨速度不能超过5° /s;变桨加速度不能超过20 ° /s²；目标：叶轮转速升至3 r/s(低速轴）2、起动——加速状态下的变桨调节桨距角在（50 °，0°）范围内调节迎风；开桨速度不能超过2 ° /s;顺桨速度不能超过5° /s;变桨加速度不能超过20 ° /s²；目标：叶轮转速升至10 r/s(低速轴）3、加速——并网发电状态下的变桨调节3.1 低于额定功率下的变桨调节桨距角在维持0°迎风；开桨速度不能超过2 ° /s;顺桨速度不能超过5° /s;变桨加速度不能超过20 ° /s²；变频系统通过转矩控制达到最大风能利用系数， 目标：叶轮转速升至17.5 r/s(低速轴）3.2 达到额定功率后维持满发状态运行桨距角在（90 °，0°）范围内调节；开桨速度不能超过5 ° /s;顺桨速度不能超过5° /s;变桨加速度不能超过20 ° /s²；通过变桨控制使机组保持额定输出功率不变，目标：叶轮转速保持17.5 r/s(低速轴）4、运行——停机状态4.1 正常停机叶片正常顺桨至89°；变桨主控柜的顺桨命令通过轴柜执行；顺桨速度控制为5° /s;叶轮空转，机械刹车不动作；4.2 快速停机叶片快速顺桨至89°；变桨主控柜的顺桨命令通过轴柜执行；顺桨速度控制为7° /s;叶轮空转，机械刹车不动作；4.3 紧急停机叶片紧急顺桨至91°或96 °限位开关；紧急顺桨命令通过蓄电池柜执行；顺桨速度不受控制;叶轮转速低于5 r/s后，液压机械刹车抱闸，将叶轮转速降至为零；独立变桨：三个叶片通过各自的轴柜和蓄电池柜实现开桨和顺桨的同步调节；如果某一个驱动器发生故障，另两个驱动器依然可以安全地使风机顺桨并安全停机。

金风1.5MW机组变桨安全链故障处理机组信息：A06#机组、1.5MW机组关键词：滑环、内部安全链、外部安全链时间：2021年2月21日一、案例简介某风电场A06#机组报出安全链故障故障，分析故障发现是由于滑环损坏导致。

进行更换后机组运行正常。

二、现象、问题描述2021年2月21日，现场报变桨安全链故障，风速最大0.5m/s，由于小风天气无法对叶轮内部近一步排查，多次复位无果，几乎每次都是即将并网，报出故障，现场人员只能对机舱内部115K7、122K2、122K3、X115.1及安全继电器122K4的K1、K2等线路进行检查，都属于正常，经过初步分析可能是由于K2继电器损坏导致机组报出此故障，起风后进入轮毂，对变桨系统近一步跟进检查，结果是变桨柜内K4、K7等相关模块、继电器和变桨系统内所有哈顶头正常，机舱柜内、变桨柜内DP头正常，W115.1、X115.1也是正常，最后将三个变桨柜电源上电后，然后对机舱柜故障复位再观察，故障消除，机组主控开吸合后至启动状态运行5到10转，机组再次报此故障。

三、关键过程、根本原因分析变桨内部安全链有二个思路，第一如果机组只报内部安全链，而没有其他附属故障，那么可能就是安全链回路的问题导致，检查哪一个变桨柜内K4继电器灯不亮，哪一个柜内就有问题，如正常则需要检查K4继电器辅助触点接线的回路内，这是变桨柜内部。

第二滑环问题，滑环担负着传递动力线、安全链和信号线的重任，结构精密有杂质和灰尘会导致接触不良而报故障，这种情况比较常见。

图1 B文件故障时刻超级电容高低电压通过B文件我们可以清楚的观察出故障时刻，3个变桨柜超级电容高低电压共发生两次规律性跳变，如果排除了子站通讯故障的影响，那么我们可以判断出是NG5的输出有问题，进一步判断，可能为滑环的400v供电有问题，导致3个变桨柜超级电容高低电压共同时发生两次规律性跳变；反而言之，超级电容如此规律性、大幅度的电压变化，同样也会导致变桨子站供电不正常，但是周期较短，所以超级电容供电问题可基本排除。

1．5MW风机故障分析1.变桨系统1.1PITCH CABINET1.1.1ERROR_PITCH_CABINET_TEMPERATURE（变桨柜温度故障）故障原因：1#、2#、3#任何一支变桨柜温度超过55º延续3S。

检查步骤：A)检查变桨柜温度传感器（PT100）是否正常。

B)检查变桨柜温度模块（KL3204）是否工作正常。

C)通过软件检测风扇是否在45º时正常启动。

D)检查开关电源模块是否温度是否异常。

1.2PITCH CAPACITORS1.2.1ERROR_PITCH_CAPACITOR_TEMPERATURE(变桨柜电容故障)故障原因：1#、2#、3#任何一支变桨柜电容温度超过55º延续3S。

检查步骤：A)检查电容温度传感器（PT100）是否正常。

B)检查变桨柜温度模块（KL3204）是否工作正常。

C)检查电容电压是否正常。

D)测量电容电压（60V）是否正常。

1.2.2 ERROR_PITCH_CAPACITOR_VOLTAGE_HI（变浆柜电容高电压故障）故障原因：1#、2#、3#任何一支变桨柜电容电压低于55V延续3S.检查步骤：A)检测电容电压是否正常。

B)检测NG5模块输出是否正常。

C)检测A10模块输入是否正常。

D)检测A10模块输出电压（5.4V）是否正常。

E)检测KL3404（A5）模块是否正常。

1.2.3ERROR_PITCH_CAPACITOR_VOLTAGE_UNSYMMETRY（变桨电容电压不平衡）故障原因：满足下列关系”CAPACITOR_VOLTAGE_HI”/2-“CAPACITOR_VOLTAGE_LO”的绝对值大于2。

检查步骤：A)检测电容电压是否正常。

B)检测NG5模块输出是否正常。

C)检测A10（自制模块）模块输入是否正常。

D)检测A10（自制模块）模块输出电压（5.4V）是否正常。

E)检测KL3204（A8）模块是否正常。

风力发电机变桨系统的故障分析与处理摘要：随着我国科学技术的不断发展，对能源的需求越来越高，风力发电作为新能源之一，具有发电量大的环境污染小等特点被广泛使用，但是风力发电机组变桨系统故障一直是风力发电的难点之一，本文通过研究风力发电机组变桨系统故障分析，希望能推动我国新能源不断发展。

关键词：风力发电机；变桨系统；故障分析与处理引言风力发电机变桨系统是风力发电机组控制系统的重要组成部分之一，风力发动机变桨系统对风力发电站整体安全稳定的运营有着非常重要的作用，当外部环境发生变化时，风力发电机变桨系统可以通过传感器给出的数据改变桨叶位、电源等控制系统，保证风力发电机，每一片叶片都能达到最佳的一个状态，使其最大化地利用风力，保证风力发电机组输出的发电功率十分稳定。

一、风电机组变桨系统的作用风电机组变桨系统在整个风电机组当中负责实时调整叶片转动的角度，确保风电机组的主轴转速稳定。

风电机组变桨系统能够非常精确地将风电机的转速在不同的风速下稳定为一个稳定的转速，确保供电的稳定。

当风电机组变桨系统发生故障的时候，会有整机采集各个系统的故障信息及结合机组的实际情况，判断风电机组变桨系统故障的等级，根据之前确定好的预案，选择最优的办法处置故障。

如果故障较严重，就需要执行安全链断开保护。

此时，风电机组将会利用后备电源，为风电机变桨系统供电，快速地将桨叶转到最安全的位置，保证风电机组不会受到严重的损害。

如果风电机组变桨系统遇到主电网瞬间失压或者给风电机组供电的电压跌落到一定范围内，风电机组变桨系统将会通过快速运转最大程度上，减少由于风转交互作用引起风电机组整机的振动，将由于电压对整体风电机组的影响减少到最小程度。

二、风力发电机变桨系统常见的故障分析与处理1.变桨角度的差异在风电机组运行的过程中，如果三个叶片的变桨角度有差异，就容易对风电机组的稳定运行产生巨大影响。

风力发电机变桨系统会根据两个叶片角度之间的传感器得到的叶片角度作为参考，如果两者的数据相差太大，就会上报变桨角度错误。

1.5MW风机变桨系统故障分析及具体措施摘要风力发电作为现阶段电力能源供应系统的重要的构成部分，发电机组通常需要在高温、沙尘等恶劣环境下运行，风向、风速、风力与温度环境等特别容易受外力因素影响，所以其设计具有随机性、多变性与间歇性等方面的优点，风机系统在交变负载的影响下，容易出现故障问题。

变桨系统是风力发电的重要技术，分为液压变桨与电动变桨等形式，液压变桨系统的常见问题包括超限故障、不同步故障等；电动变桨运行系统主要的故障问题为电气回路、变桨电滑环以及后备电源等出现损坏，检修与管理人员应结合具体故障原因，采取针对性的处理方式。

1.变桨系统日常的巡检与维护1.1变桨轴承的基础保养(1)检查变桨轴承表面清洁度。

(2)检查变桨轴承表面防腐涂层。

(3)检查变桨轴承齿面情况。

(4)按运行规定定期润滑变桨轴承。

(5)定期紧固变桨轴承螺栓。

1.2变桨驱动电机的基础保养（1）定期检查变桨驱动器装置表面清洁度。

（2）定期检查变桨驱动器装置防腐涂层。

（3）定期检查变桨电机是否存在过热、有异常噪音等情况。

（4）定期更换变桨减速器齿轮箱油。

（5）定期紧固变桨驱动器螺栓。

（6）检查变桨电机接线是否存在老化1.3变桨限位开关的基础保养（1）定期检查限位开关灵敏性，是否存在松动现象。

（2）定期检查限位开关接线是否良好，并对其进行触发测试（3）定期紧固限位开关螺栓。

1.4变桨主控柜和超级电容柜的基础保养（1）定期检查变桨主控柜与轮毂之间的缓冲器是否存在磨损现象。

（2）定期检查变桨主控柜与动力电缆接头是否牢固、磨，电缆桥架是否变形、断裂。

（3）定期紧固控制柜与支架的螺栓。

（4）定期检测超级电容电压是否正常。

（5）定期检查变桨控制柜风扇是否正常运行，滤网有无堵塞。

（6）定期检查防雷模块接线有无松动，是否存在放电灼伤痕迹。

（7）定期检查控制柜门锁是否完好。

2.变桨类故障分析及处理方法2.1变桨角度不等同：由于B编码器是机械凸轮结构，与叶片的变桨齿轮啮合，精度不高且会不断磨损，在有大晃动时有可能产生较大偏差，因此先复位，排除故障的偶然因素;如果反复报这个故障,进轮毂检查A、B编码器,检查的步骤是先看编码器接线与插头，若插头松动，拧紧后可以手动变桨观察编码器数值的变化是否一致，若有数值不变或无规律变化，检查线是否有断线的情况。