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        風力發(fā)電機組電氣與控制系統(tǒng)快速檢修思路研究

        2021-04-03 15:35:16周國旭
        中國設(shè)備工程 2021年14期
        關(guān)鍵詞:發(fā)電機組風力電氣

        周國旭

        (中國三峽新能源(集團)股份有限公司山東分公司,山東 濟南 250000)

        當前,環(huán)境污染嚴重,社會能源緊缺,為了解決這一問題,我國大力推廣清潔能源,開發(fā)風力發(fā)電等綠色無污染的能源生產(chǎn)形式。為了確保風電設(shè)備的高效、穩(wěn)定運行,風力發(fā)電機組電氣與控制系統(tǒng)的檢修工作至關(guān)重要,風力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)復雜,電氣與控制系統(tǒng)故障呈現(xiàn)多樣化特征,檢修工作難度較大,對于風電機組電氣與控制系統(tǒng)常見故障進行分析,提出對癥檢修策略,能夠有效提升檢修工作水平,有效降低風力發(fā)電機組電氣與控制系統(tǒng)故障風險,確保系統(tǒng)安全、平穩(wěn)運行。

        1 風力發(fā)電機組電氣與控制系統(tǒng)快速檢修的總體框架分析

        在風力發(fā)電機組中,電氣與控制系統(tǒng)相當是大腦和中樞神經(jīng),能夠感知、監(jiān)測并控制系統(tǒng)中的設(shè)備,確保系統(tǒng)運行正常。電氣與控制系統(tǒng)由PLC通訊模塊、安全鏈模塊、模擬輸入AI模塊、數(shù)字輸入DI/輸出DO模塊等具有通信功能的模塊組成,可實時傳達PLC主機的指令,傳遞設(shè)備信息,確保電氣設(shè)備按照預設(shè)程序穩(wěn)定運行。平安鏈回路是風力發(fā)電機組的重要組成部分,是確保機組穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)保障,平安鏈是由多個節(jié)點串聯(lián)而成的,如果其中一個結(jié)點發(fā)生故障,故障信息會即刻傳輸至控制系統(tǒng),檢修人員獲取故障信息后,會立即趕往現(xiàn)場進行故障維修。在故障維修過程中,一般情況下會出現(xiàn)5~10個故障,檢修人員必須全面了解風力發(fā)電機組構(gòu)成,專業(yè)素質(zhì)過關(guān),工作經(jīng)驗豐富,才能夠迅速判斷出系統(tǒng)故障,對癥檢修,確保風力發(fā)電機組能夠盡快恢復運行。

        隨著風力發(fā)電機組的進步,優(yōu)化其電氣與控制系統(tǒng)中的平安規(guī)劃,能夠有效降低系統(tǒng)故障風險,如果系統(tǒng)發(fā)生故障,也能夠第一時間定位故障位置,展開檢修,確保風力發(fā)電機組的平穩(wěn)運行。風力發(fā)電機組的電氣與控制系統(tǒng),具備電氣負載連接、風輪限速、溫度參數(shù)控制、電功率范圍控制等功能,融合應用主動控制與被動控制的方式,對管制機組展開實時監(jiān)控,確保系統(tǒng)各項運行參數(shù)處于合理范圍內(nèi)。當前,風力發(fā)電機組電氣與控制系統(tǒng)采取的是無效-維護原則,也就是說,當管制措施無效,或者系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生故障,比如出現(xiàn)系統(tǒng)超速、電機過載、電網(wǎng)負荷過大等情況,導致風力發(fā)電機組無法正常運行時,系統(tǒng)的安全維護裝置將采取合理措施恢復機組運行。

        正常情況下,風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)包括正常運行、暫停、關(guān)停、火速關(guān)停,其級別逐步降低。在正常情況下,風力發(fā)電機組如果需要提升操作層級,應該遵循逐級提升的原則,這樣能夠?qū)崟r檢測出各個層級中有無故障,如果出現(xiàn)問題,火速關(guān)停,展開檢修,確保機組的安全運行,降級時無明確限制,可越級降低。

        2 風力發(fā)電機組電氣與控制系統(tǒng)快速檢修的具體步驟分析

        2.1 PLC檢查

        PLC是風力發(fā)電機組電氣與控制系統(tǒng)的控制中心,所以,在檢修工作中,首先應該檢查PLC是否正常運行,通過操作界面檢查PLC運行形態(tài),檢查PLC軟件版本有無紕漏,檢查是否出現(xiàn)宕機的情況,檢查外部PLC形態(tài)是否正常,觸摸PLC外殼,檢查是否出現(xiàn)工作過熱現(xiàn)象,如有問題及時解決。

        2.2 通訊檢查

        如果經(jīng)檢查,PLC處于正常運行狀態(tài),下一步需進行通訊檢查,檢查控制系統(tǒng)通訊功能是否異常,如果的確出現(xiàn)問題,那么風力發(fā)電機組中的所有設(shè)備狀態(tài)均無法檢測到,例如無法檢驗到安全鏈信號。在通訊檢查中,首先應該檢查通訊模塊電源供電板塊是否正常運行,檢查其接頭、接線是否正常,檢查通訊波特率是否處于正常范圍,檢查通信地址是否正確,檢查通訊光纖信號強度是否達標,檢查其接線是否正確。

        2.3 安全鏈檢查

        通訊檢查后,若一切正常,即可進行安全鏈檢查。按照風力發(fā)電機組的控制邏輯,若安全鏈回路處于非閉合狀態(tài),機組大部分設(shè)備都無法工作。在安全鏈回路檢查中,首先檢查安全鏈模塊是否正常運行,再檢查安全鏈軟件是否正常工作,如果安全鏈模塊已產(chǎn)生損耗,那么即使其余軟件正常運作,也無濟于事,必須重新更換安全鏈模塊,再進行剩余的檢驗,如果安全鏈軟件發(fā)生故障,應該重新下載或灌裝安全鏈程序。

        在排除安全量硬件、軟件故障后,基于電路圖紙接線原理,仔細檢查回路各安全節(jié)點是否正常運轉(zhuǎn),如有異常,分析原因,有可能是安全鏈信號傳輸進程中發(fā)生故障或干擾,并未發(fā)生危險事故;也有可能是設(shè)備運行狀態(tài)達到觸發(fā)安全報警的條件。

        2.4 各分系統(tǒng)設(shè)備檢查

        當全部的安全鏈回路閉合,處于正常形態(tài)時,主設(shè)備開始運行,即可展開對風電機組各個分系統(tǒng)(包括液壓系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等)的檢查,逐一排除故障。檢修人員要以電路圖所指示的回路,逐步展開檢查,檢查的主要對象包括控制回路和動力回路。

        控制回路擁有測量、控制、反饋三種功能,具體檢查內(nèi)容如下。

        (1)測量功能回路。系統(tǒng)能夠?qū)囟?、位置、轉(zhuǎn)速、壓力、風速、風向、加速度、電壓、電流等多種類型傳感器的信號,轉(zhuǎn)換為特定范圍的電壓信號,便于PLC卡件測定、判斷設(shè)備運行狀態(tài),一般來說,傳感器的電壓比較低,但也并非絕對,某些電壓互感器的電壓值為230V,有觸電的風險,在這些傳感器中,有些是電壓信號,有些則是電流信號,會被轉(zhuǎn)換為電壓信號,檢修人員在檢查時,應該仔細檢查電流傳感器回路中的分壓電阻是否正常,如果需要更換傳感器,應該確保分壓電阻的正確安裝。

        (2)控制功能回路??刂乒δ苁峭ㄟ^PLC卡件發(fā)出24V控制信號,以弱電控制接觸器的吸合和斷開,從而實現(xiàn)動力電源的接通和斷開,實現(xiàn)電氣設(shè)備自動啟停的目標,常見的接觸器故障類型有觸頭黏連、電磁線圈失效等,這些故障會導致電氣設(shè)備無法有效控制,或者說設(shè)備運行參數(shù)超過正常范圍,被測量信號檢測出,才會報出故障。

        (3)反饋功能回路。反饋功能回路中,通過一些帶有輔助觸點、漏電保護、過流保護功能的接觸器、開關(guān),來檢測、監(jiān)視設(shè)備運行狀態(tài),檢查是否出現(xiàn)漏電、過流等故障,反饋信號可與PLC數(shù)字輸入的DI卡件形成回路,以常開、常閉邏輯判斷被監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài),在DI模塊中,采取相應的0V和24V直流電壓,而非380V動力電壓,如果空開跳開,相連的輔助開關(guān)隨之跳開,PLC的DI模塊隨之,PLC捕捉到這些信息,會立即發(fā)出故障報告。

        動力回路包含三相回路、單相回路兩種類型,在對接觸器、接線端子展開檢修時,應該提前斷電,秉承安全檢查原則,檢查電源是否安全,通電之前,檢查電氣設(shè)備相間、對地絕緣情況,以防通電后發(fā)生短路,導致設(shè)備損壞。在電機維修中,應該檢查相序是否正確,以防電機反轉(zhuǎn)。在進行電氣設(shè)備故障檢修的過程中,首先應該明確故障類型,查找到對應的電氣回路,仔細觀察該回路中有無發(fā)生過熱、跳閘、接線松脫、燒毀等明顯故障,判斷電氣回路是否出現(xiàn)過流現(xiàn)象、電氣元件的機械零件失效等情況,確定故障后,及時更換故障零部件,若無明顯故障,應該從控制界面上,查看是否存在異常的反饋信號或車輛信號,檢查相對應的電氣設(shè)備是否正常工作,如果還是沒有發(fā)現(xiàn)問題,再依次檢查控制回路、控制元件、動力回路和電氣設(shè)備。

        3 結(jié)語

        綜上所述,隨著風力發(fā)電模式的逐步推廣,風力發(fā)電機組不斷進步,相關(guān)的故障診斷技術(shù)也在不斷更新,以機組電氣與控制系統(tǒng)來說,隨著相關(guān)檢修工作的進展,檢修人員積累了一定經(jīng)驗,更加準確地把握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成,以及各個部分容易發(fā)生的故障,明確了各類故障的具體表現(xiàn)、發(fā)生原因,提出了對癥檢修策略。這意味著,一旦風力發(fā)電機組電氣與控制系統(tǒng)發(fā)生故障,檢修人員能夠迅速制定并實施有效的應對措施,防止安全事故的發(fā)生,迅速找出故障點,進行維修,讓系統(tǒng)能夠盡快地恢復運行,確保風力發(fā)電過程的安全性與穩(wěn)定性,推動風力發(fā)電事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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