雷 熠

東方電氣風電有限公司 四川 德陽 618000

引言

隨著風電機組裝機數(shù)量的不斷增加,風力發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行也是業(yè)主和整機廠家最關(guān)心的。在我國風機發(fā)展初期,風機的一些設(shè)計缺陷以及人為因素,導(dǎo)致出現(xiàn)了不少風機安全事故。安全鏈作為風電機組獨立于軟件控制系統(tǒng)的最后一道保護,確保風機在極端情況下安全停機,有著至關(guān)重要的作用。而安全鏈的設(shè)計,也隨著風電的發(fā)展,有著更多的功能。分級安全鏈的設(shè)計逐漸成為風機安全鏈設(shè)計的主流。

1 安全鏈的定義及作用

GL2010(德國勞氏船級社風機認證指南)中要求風機安全保護系統(tǒng)必須具備獨立于軟件控制保護系統(tǒng)并且安全等級最高的硬件控制保護系統(tǒng),安全鏈正是這樣的系統(tǒng)。安全鏈是確保風機在軟件保護失效的情況下,硬件回路斷開直接控制保護,能在風機出現(xiàn)最高等級故障以及極端情況下,確保風機安全停機。因此獨立可靠的安全鏈系統(tǒng)是風機主控系統(tǒng)所必需的,安全鏈的每個環(huán)節(jié)中均采用最簡單可靠的硬件來實現(xiàn)。

2 常規(guī)安全鏈設(shè)計

我公司最早引進Repower整機技術(shù),主控系統(tǒng)采用Mita3000,其安全鏈設(shè)計就是這里所說的常規(guī)安全鏈設(shè)計,采用失效－安全(fail－safe)原則設(shè)計。

1）錯臺寬度小于1 cm的錯臺，進行打磨處理；2）錯臺相對高度大于1cm時，應(yīng)先采使用人工或風鎬鑿除錯臺，并預(yù)留一定厚度，然后對預(yù)留的部位作打磨處理。

2.1 常規(guī)安全鏈組成結(jié)構(gòu)

安全鏈組成如下：

3.2 分級安全鏈組成結(jié)構(gòu)

這種安全鏈設(shè)計,功能比較單一,回路斷開后所有控制立即執(zhí)行,在風電控制技術(shù)不斷發(fā)展的今天,常規(guī)安全鏈設(shè)計漸漸不能滿足如今風機運行、保護、維護的需求。

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3 分級安全鏈設(shè)計

3.1 分級安全鏈設(shè)計需求 分級安全鏈的設(shè)計思路,是在保證原有安全保護功能的前提下,將常規(guī)安全鏈分成三個等級,每一級安全鏈的斷開都能在保護機組安全的同時滿足控制系統(tǒng)不同停機故障的需求。分級安全鏈設(shè)計的核心是引入Pilz安全鏈繼電器。

隨著風電行業(yè)的發(fā)展,風機控制系統(tǒng)技術(shù)不斷更新,功能需求越來越多,常規(guī)安全鏈功能顯得不足,新的分級安全鏈設(shè)計映入眼簾。

2.2 常規(guī)安全鏈保護功能 安全鏈中每一個器件都是通過串聯(lián)的方式連接在一起,當其中任意一個節(jié)點動作,將引起整條回路斷電,機組進入緊急停機過程,并使主控系統(tǒng)處于閉鎖狀態(tài)。如果故障節(jié)點得不到恢復(fù),則機組的正常運行操作都不能實現(xiàn)。安全鏈分別對機組緊急停機(緊急情況下人員操作)、偏航順時針、逆時針極限(防扭斷電纜)、葉片維護(人員進輪轂操作須斷安全鏈)、塔筒振動極限(防止操作機組自身載荷)、齒輪箱高速軸超速、主軸低速軸超速、內(nèi)部安全鏈(PLC 控制器輸出)、安全繼電器1、安全繼電器2。2個安全繼電器是安全鏈的核心部件,是安全鏈的執(zhí)行機構(gòu),當回路斷電,繼電器必須精確及時可靠的使觸點動作,控制風機各個系統(tǒng)保護風機安全,通過結(jié)構(gòu)圖可以知道安全繼電器KA2在安全鏈斷開的時候控制偏航液壓、電氣剎車,對偏航進行剎車;安全繼電器KA3在安全鏈斷開的情況下,禁止齒輪箱風扇運行、偏航電機運行,切斷主控變槳EFC信號觸發(fā)變槳系統(tǒng)快速收槳,觸發(fā)高速軸剎車器制動。

3.3 分級安全鏈保護功能 從安全鏈結(jié)構(gòu)可以看出,分級安全鏈分為三個等級,每一個等級都需要復(fù)位,整個安全鏈才能恢復(fù)正常。分級如下：一級安全鏈包括主控柜、機艙、塔基急停安全按鈕以及Pilz安全鏈繼電器,二級安全鏈包括葉片維護開關(guān)、主控制器PLC 看門狗繼電器、電纜順時針、逆時針紐纜極限開關(guān)、安全繼電器1,三級安全鏈包括塔筒振動開關(guān)、主軸超速開關(guān)、齒輪箱超速開關(guān)、內(nèi)部安全鏈、安全鏈繼電器2。所有器件仍然以串聯(lián)的方式連接在一起,不同級別器件的斷開,安全鏈將執(zhí)行不同的功能,但回路斷開機組進入最高等級停機并閉鎖系統(tǒng)的功能不受影響。

為應(yīng)對苗木生產(chǎn)的風險，農(nóng)場一方面致力于苗木品種的多元化，種植欒樹、紅葉李、廣玉蘭、金絲垂柳、山東白蠟等經(jīng)濟苗木，發(fā)展櫸樹、東方杉、中山杉、金葉水杉、弗吉尼亞櫟等高檔苗木。另一方面，積極謀劃與地方政府合作，分散苗木產(chǎn)業(yè)經(jīng)營風險。2014和2015年，先后與東臺市政府在G228國道邊合作建設(shè)了350畝弗吉尼亞櫟、上海東方杉種植項目，由政府免費提供200萬元種苗，農(nóng)場提供土地負責栽植，全額占有苗木收益，實現(xiàn)“政府得形象，農(nóng)場得效益”。

Pilz安全繼電器和安全繼電器1、2是分級安全鏈系統(tǒng)的核心。新增加的Pilz安全繼電器的存在使安全鏈功能更加強大。一級安全鏈觸發(fā)安全鏈斷開,二、三級安全鏈失電斷開,此時Pilz、KA1、KA2 安全繼電器動作,禁止自動、手動偏航,禁止機艙內(nèi)散熱設(shè)備啟動,啟動高速軸盤剎(受轉(zhuǎn)速限制),始終允許液壓站工作(保證剎車制動力),斷開變槳EFC 信號緊急收槳,并禁止旁路變槳;二級安全鏈觸發(fā),安全鏈回路斷開,一級安全鏈保持正常得電即Pilz未動作,三級安全鏈斷開,此時KA1、KA2安全繼電器動作,禁止自動偏航,斷開變槳EFC信號緊急收槳,并禁止旁路變槳;三級安全鏈觸發(fā),安全鏈斷開,一、二級安全鏈保持正常得電,Pilz與KA1未動作,KA2動作,斷開變槳EFC信號緊急收槳,并禁止旁路變槳。每一級安全鏈斷開,都能確保變槳系統(tǒng)安全鏈斷開,緊急收槳最大程度保護風機安全,不同功能區(qū)別在于偏航、冷卻、加熱等子系統(tǒng)的控制。

4 結(jié)語

分級安全鏈設(shè)計在保證常規(guī)安全鏈設(shè)計安全功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上,增加了功能控制級別劃分,更好的滿足機組不同工況下設(shè)備運行的需求,以及停機維護時服務(wù)人員的需求。目前此設(shè)計方案已經(jīng)在我公司新機組中實施,現(xiàn)場運行穩(wěn)定可靠,達到了設(shè)計需求。