李暢 鄔勇

摘 要：接近開關(guān)作為一種非接觸位置判斷型的傳感器，廣為應(yīng)用在風(fēng)電機組的自動檢測單元，常見如用于葉片轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動方向、偏航位置計量、高速軸轉(zhuǎn)速、低速軸轉(zhuǎn)速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速等信號測量，本文對風(fēng)電機組中接近開關(guān)信號異常導(dǎo)致機組故障停機展開論述。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機組;發(fā)電機轉(zhuǎn)速;接近開關(guān);信號干擾;超速模塊;PLC;偏航

1 風(fēng)電機組中接近開關(guān)信號異常觸發(fā)的常見故障

接近開關(guān)應(yīng)用在風(fēng)電機組多處轉(zhuǎn)速、位置等信號的測量，如果接近開關(guān)的工作中反饋錯誤信號將導(dǎo)致風(fēng)電機組接收信號異常而無法起到監(jiān)測和保護的作用，使機組故障停機。現(xiàn)以東汽FD116A-2WM機型為例介紹幾類常見的接近開關(guān)信號異常觸發(fā)故障：

（1）齒輪箱超速緊停和齒輪箱軟超速緊停。風(fēng)電機組齒輪箱高速軸端安裝有一接近開關(guān)，高速軸端有一凸出金屬感應(yīng)齒，即高速軸每旋轉(zhuǎn)一周接近開關(guān)靠近金屬感應(yīng)齒一次，接近開關(guān)將感應(yīng)高電平信號傳輸至PLC和超速模塊，PLC設(shè)定有軟件超速保護定值，超速模塊設(shè)定有硬件超速保護定值，當(dāng)PLC接收到的高電平信號頻率超過軟件超速保護定值風(fēng)電機組即報齒輪箱軟超速緊停故障停機;當(dāng)超速模塊接收到高電平信號頻率超過硬件超速保護定值超速模塊將斷開風(fēng)電機組安全鏈，同時風(fēng)電機組報齒輪箱超速緊停故障停機。

（2）低速軸超速緊停和低速軸軟超速緊停。與齒輪箱超速緊停和軟超速緊停故障判斷邏輯相同，低速軸前軸承側(cè)安裝有兩個接近開關(guān)，其中一個接近開關(guān)用來計量轉(zhuǎn)速信號，低速軸前軸承側(cè)有24個凸出金屬感應(yīng)齒，即低速軸每旋轉(zhuǎn)一周接近開關(guān)感應(yīng)出24個高電平信號，高電平信號傳輸至PLC和低速軸超速模塊，PLC同樣設(shè)有軟件超速保護定值，低速軸超速模塊設(shè)定有硬件超速保護定值，當(dāng)PLC接收到的高電平信號頻率超過軟件超速保護定值風(fēng)電機組即報低速軸軟超速緊停故障停機;當(dāng)?shù)退佥S超速模塊接收到高電平信號頻率超過硬件超速保護定值低速軸超速模塊將斷開風(fēng)電機組安全鏈，同時風(fēng)電機組報低速軸超速緊停故障停機。

（3）高速軸或低速軸轉(zhuǎn)速傳感器失效。在風(fēng)速大于風(fēng)電機組啟動風(fēng)速時，PLC監(jiān)測到低速軸剎車釋放同時傳動鏈其它（低速軸側(cè)、發(fā)電機側(cè)）接近開關(guān)有一定轉(zhuǎn)速信號的情況下，高速軸轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過換算后持續(xù)小于低速軸轉(zhuǎn)速或發(fā)電機轉(zhuǎn)速一定比例時，風(fēng)電機組報高速軸傳感器失效故障停機。

與高速軸轉(zhuǎn)速傳感器失效故障判斷邏輯相同，PLC監(jiān)測到低速軸剎車釋放同時傳動鏈其它（高速軸側(cè)、發(fā)電機側(cè)）接近開關(guān)有一定轉(zhuǎn)速信號的情況下，低速軸轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過換算后持續(xù)小于高速軸轉(zhuǎn)速或發(fā)電機轉(zhuǎn)速一定比例時，風(fēng)電機組報低速軸傳感器失效故障停機。

（4）低速軸反向。低速軸前軸承側(cè)安裝有兩個接近開關(guān)，兩個接近開關(guān)一前一后安裝在低速軸前軸承側(cè)，低速軸旋轉(zhuǎn)時，兩個接近開關(guān)會有先后順序的觸發(fā)，當(dāng)兩個接近開關(guān)觸發(fā)反饋信號為“00--10-11-01-00”（0為低電平，1為高電平）一個周期時，PLC即判斷低速軸正向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)兩個接近開關(guān)觸發(fā)反饋信號為“00-01-11-10-00”一個周期時，PLC即判斷低速軸反向旋轉(zhuǎn)，風(fēng)電機組報低速軸反向故障停機。

（5）偏航傳感器失效及偏航方向出錯。偏航齒圈側(cè)安裝有兩個接近開關(guān)，偏航齒圈有118個齒，風(fēng)電機組順時針偏航一個齒的角度3.05°（360°/118），兩個接近開關(guān)會觸發(fā)并反饋信號為“00--10-11-01-00”（0為低電平，1為高電平）一個周期，PLC接收到這種周期脈沖即計量順時針偏航一個齒的角度為360°/118=3.05°，同理，風(fēng)電機組逆時針偏航一個齒的角度，兩個接近開關(guān)會觸發(fā)并反饋信號為“00--01-11-10-00”（0為低電平，1為高電平）一個周期，PLC接收到這種周期脈沖即計量逆時針偏航一個齒的角度3.05°（360°/118）;當(dāng)風(fēng)電機組發(fā)出偏航指令持續(xù)一段時間，未接收任何一個接近開關(guān)觸發(fā)信號時，風(fēng)電機組即報偏航傳感器失效故障停機，當(dāng)風(fēng)電機組發(fā)出一種方向的自動偏航指令時，兩個接近開關(guān)反饋的周期信號計量偏航位置角度變化與自動偏航指令方向相反時，風(fēng)電機組即報偏航方向錯誤故障停機。

2 風(fēng)電機組中接近開關(guān)信號異常觸發(fā)故障的處理

結(jié)合接近開關(guān)的重要技術(shù)參數(shù)以及實際應(yīng)用情況，接近開關(guān)信號異常的排查和處理可從以下幾個方面著手進行。

接近開關(guān)的工作電源。接近開關(guān)有其的工作電源電壓要求，風(fēng)電機組中常用接近開關(guān)電源電壓范圍為15-30V DC，同時接近開關(guān)屬開關(guān)型傳感器，其電源穩(wěn)定性直接影響到反饋信號穩(wěn)定性，可使用示波器對其電源穩(wěn)定性進行檢查。

接近開關(guān)的安裝尺寸。接近開關(guān)由電磁感應(yīng)原理進行工作，因此應(yīng)檢查接近開關(guān)安裝是否牢固，其兩個接近開關(guān)的間距是否滿足要求，接近開關(guān)安裝支架距離是否足夠，同時確認(rèn)其實際感應(yīng)距離應(yīng)小于0.5倍額定開關(guān)距離。

接近開關(guān)的工作環(huán)境。風(fēng)機機組中接近開關(guān)安裝處多處于軸承潤滑處，軸承排出的潤滑油脂經(jīng)常會干擾到接近開關(guān)的運行，接近開關(guān)表面是否油脂覆蓋，對接近開關(guān)上的油脂進行清理，同時應(yīng)對其工作范圍內(nèi)是否有其他金屬異物干擾進行檢查和處理。

3 接近開關(guān)信號的電磁干擾問題

風(fēng)電機組中選用接近開關(guān)反饋信號通常為0到24V DC電壓信號，鑒于接近開關(guān)所發(fā)出的電壓型信號易受電磁干擾的特點，當(dāng)出現(xiàn)信號反饋異常后進行以上常規(guī)的四種故障原因排查后，如果對接近開關(guān)進行更換仍未解決信號異常問題，應(yīng)重點檢查接近開關(guān)的信號干擾問題。

接近開關(guān)所使用信號電纜多采用帶屏蔽層的信號電纜，實際運維中應(yīng)對接近開關(guān)的屏蔽電纜接地情況進行檢查，確認(rèn)屏蔽線接地可靠，敷設(shè)信號電纜盡量遠(yuǎn)離動力電源線，如確實分不開時可采取十字交叉方式。

如接地仍無法減弱信號干擾的影響，可在信號輸入側(cè)并聯(lián)一個0.1uF的小電容和一個1MΩ的電阻對干擾信號進行過濾和消除。

前面兩種情況從硬件角度對干擾信號進行隔離和過濾，同樣在軟件算法方面也可以對信號源進行過濾，風(fēng)電機組每個位置所安裝的接近開關(guān)主要用于檢測轉(zhuǎn)速，不同位置的部件均有其轉(zhuǎn)速工作范圍，同樣不同位置的轉(zhuǎn)速的變化速率也在一定范圍內(nèi)，而不同形式的電磁干擾信號也有其固定的頻率范圍。根據(jù)正常信號與干擾信號的不同特點，可以在軟件算法中加入各種濾波算法進行運行測試，最終確定合適的濾波算法以達(dá)到清除干擾信號的目的。

結(jié)語：風(fēng)電機組主要設(shè)備安裝在60-150米的高空中，它不容許眾多部件的故障頻發(fā)而經(jīng)常維修，接近開關(guān)作為風(fēng)電機組多項重要數(shù)據(jù)監(jiān)測的傳感元件，由于現(xiàn)場工況，維護工藝的各種原因?qū)е鹿收项l發(fā)，檢修人員應(yīng)從根本上掌握其特性，判斷異常的真實原因，從而消除這種批量性的缺陷，確保風(fēng)電機組安全可靠運行。

參考文獻(xiàn)

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[2] 胡向東.傳感器與檢測技術(shù).第三版.北京.機械工業(yè)出版社.2018

[3] 四川省能投鹽邊新能源開發(fā)有限公司《故障處理手冊》.2018

作者簡介：李暢（1991--），男，四川省能投鹽邊新能源開發(fā)有限公司、研究方向：風(fēng)電場運維檢修、四川省成都市武侯區(qū)航空路1號國航世紀(jì)中心8F

鄔勇（1974--），男，四川省能投鹽邊新能源開發(fā)有限公司、研究方向：風(fēng)電場運維管理、四川省成都市武侯區(qū)航空路1號國航世紀(jì)中心8F