风电机组变桨系统紧急顺桨轴3桨叶未收回原因分析及处理

风电机组变桨系统紧急顺桨轴 3桨叶未收回原因分析及处理

何陆能

（国投云南风电有限公司东川生产部 云南昆明 650000）

摘 要：风电机组桨叶是否能安全可靠收回，直接关系着风机运行的安全稳定性。我场实际运行中发现5号风机MOOG变桨在轴3紧急控制顺桨回路出现异常时，该回路故障未被检测出来，直到其它故障触发紧急顺桨后桨叶无法顺回91°安全位置才暴露出该问题。本文结合上海电气2MW机组调试和检修工作中积累的经验,对MOOG变桨紧急顺桨轴3桨叶未收回故障进行了原因分析及处理，进一步提高风机设备的可利用率及稳定性。

关键词：变桨系统；紧急顺桨；原因分析；测试方法

1. 概述

上海电气W2000H-93-80型风力发电机组变桨系统采用MOOG变桨。其变桨方式为变桨距控制系统，它的主要功能是通过调整桨叶节距在0~91゜之间变化，以改变气流对叶片的攻角，在风机的起动过程中依靠风力方便地自行起动，在达到额定风速时使风机能够稳定的保持输出功率恒定，以及在达到切出风速或者风机因发生重要故障(包括机舱强烈振动超出允许范围、偏航时发生扭缆开关保护动作、急停按钮被按下、电网突然停电等)而使安全链断开时，使浆叶全顺浆到91゜，进行空气制动，改善风机和浆叶的受力情况,确保叶片偏离受风的角度，防止风机超速、飞车、倒塔等严重后果发生。本文针对东川野牛风电场风电机组MOOG变桨系统轴3的2个编码器偏差超限故障停机，暴露出紧急顺桨轴3桨叶未收回的情况进行分析。

2. 故障情况

2021年3月9日，野牛风电场05号机组报出变桨轴3的2个编码器偏差超限故障停机，故障代码300643。查看SCADA后台变桨监视界面发现，轴1、轴2的两个编码器在89゜，轴3的2个编码器电机编码器在89゜、叶片编码器在86.1°，符合故障触发停机逻辑（两个桨距角编码器角度最大偏差3°）快速停机，3个轴顺桨至89°（由电网电源控制电机驱动）故障停机。

3. 现场判断及检查

3.1通过机组主控变桨监视系统数据可知，轴3的2个编码器电机编码器在89°叶片编码器在86.1°。就地触发该机组塔底控制柜急停按钮，查看顺桨至91°后轴3的2个编码器角度上的变化存在以下两种情况：

1）如果编码器角度偏差依然未变（偏差3°）则说明机械部分存在问题；

2）如果编码器角度偏差有变化（小于3°）则说明编码器测量不准或是存在检测线路干扰。

将急停按钮按下后，轴1、轴2叶片顺桨至安全位置（91°-92°），而轴3两个编码器未动作（图1），此状态不符合机组紧急顺桨控制逻辑（机组紧急情况时，三支叶片顺桨至91°位置）。

图1 变桨监视屏

3
.2进入轮毂在轴3叶片86.1°位置做标记线（图2），然后对轴3叶片进行手动变桨控制到0刻度找准后在顺桨至89°位置做标记线（图3），比较是否在同一位置。

图2 叶片86.1°位置 图3 叶片89°位置

发现实际两个编码器角度与机械位置一致，此判定编码器无异常情况，根据两个编码器位置可判定机械转动部分存在异常，将轴3变桨电机拆除后发现电机轴键磨损（图4）在运行过程中与减速机轴座出现滑移导致轴3的2个编码器出现偏差导致故障停机。

图4 电机轴键及减速机轴座

3.3急停触发时轴3叶片未顺桨至安全位置（91°-92°）的判断检查。根据MOOG变桨紧急顺桨控制原理图（图5）“紧急控制回桨，需要接触器8K1（控制电池为电机提供电源）、8K3（控制电池供电打开电机抱闸）得电主触点导通供电驱动变桨电机；控制接触器得电电源由各自独立的后备电池提供24VDC，91度限位开未触发时导通,96度限位开关未触发时导通,8K7接触器需要变桨PLC检测安全链正常后才会动作故紧急状态时为导通状态，同时8K7闭锁控制7K1（控制电网供电打开电机抱闸）和7K3（控制电网为电机提供电源）接触器，在紧急状态下切断电网对电机的控制，且7K3(21、22)及7K1（21、22）触点导通，所以8K3（控制电池供电打开电机抱闸）接触器得电，8K3（13、14）触点闭合，因此8K1（控制电池为电机提供电源）接触器得电，方可对电机进紧急顺桨至91度安全位置，顺桨到91度后触发91度开触电断开，使8K1、8K3接触器失电，停止对电机的驱动”。

根据控制原理图，对轴3柜实际控制接线进行检查发现安全顺桨回路8K3接触器A2线圈接线鼻子未压实导致线路虚接（如图6），故在触发紧急顺桨时紧急顺桨控制回路失效无法控制桨叶顺回91°安全位置。

图 5 MOOG变桨紧急顺桨控制原理图

图5 MOOG变桨紧急顺桨控制原理图

图6 8K3接触器A2线圈接线

4. 轴3紧急顺桨失效原因分析

4.1轴3紧急顺桨功能失效。紧急顺桨失效未报故障停机，根据05号风机变桨紧急顺桨回路8K3接触器A2线圈接线线鼻子未压实导致线路虚接，而机组一直未报故障停机，查看MOOG变桨图纸可知在紧急控制回路中并没有检测点来对其回路进行监视，所以在正常运行的机组中我们很难知道紧急顺桨功能是否正常。要想在紧急情况时变桨系统能够可靠顺桨至安全位置，每个中间控制环节都不能出现异常，一旦出现异常均不可实现紧急顺桨。

4.2轴3变桨电机轴键磨损，在运行过程中与减速机轴座出现滑移导致桨叶不能收回到89⁰。

5. 紧急顺桨失效预控措施

针对我场出现5号风机出现紧急顺桨轴3 桨叶未完全收回的问题，制定以下防控及试验措施：

1. 1. 紧急顺桨测试的几种方法：

1）模拟通讯故障测试：通过风机主控控制变桨系统将桨叶停止在89度位置，在风机机舱主控侧断开与变桨系统的通讯线路，随后变桨系统进入紧急顺桨模式，将桨叶安全顺桨至第一个限位开关停止；再将通讯硬件恢复，确认主控与变桨通讯正常，查看变桨给出的“所有轴的桨叶都处于限位开关信号”信号存在，复位变桨系统后应无故障报警。

2）模拟风机安全链故障测试：通过风机主控控制变桨系统将桨叶停止在89度位置，在风机机舱主控侧断开安全链信号，随后变桨系统进入紧急顺桨模式，将桨叶安全顺桨至第一个限位开关停止；再将安全链信号恢复，查看变桨给出的“所有轴的桨叶都处于限位开关信号”信号存在，复位变桨系统后应无故障报警。

3）紧急顺桨功能测试：通过风机主控控制变桨系统将桨叶开桨停止在80度位置，风机主控 模拟发出紧急顺桨指令(如拍急停开关)，随后变桨系统立即进入紧急顺桨模式，将桨叶安全顺桨至第一个限位开关停止；在顺桨过程中，查看并确认三个轴的以下实际值：顺桨速度值、实际角度值、电机电流值；之后复位变桨系统应无故障报警。

4）后备电源驱动紧急顺桨功能测试：通过风机主控控制变桨系统将桨叶开桨停止在80度位置，风机机舱侧模拟断开变桨系统400V主电源，随后变桨系统保持正常运行模式并完成3秒的低电压穿越后，开始进入后备电源紧急顺桨模式，将桨叶安全顺桨至第一个限位开关停止；在顺桨过程中，查看并确认三个轴的以下实际值：顺桨速度值、实际角度值、电机电流值；之后将变桨系统主电源恢复，等待三个轴的电池都充满电后，复位变桨系统应无故障报警。

1. 2. 运行中的建议

1）现场运维人员需增加对紧急顺桨功能的测试频次，可随着机组运行年限的增加而适当增加测试频次。

2）可参照本文的几种紧急顺桨方法为标准，对机组进行定期测试。

6. 结论

通过此次上海电气 2.0MW 机组 MOOG变桨系统轴3的2个编码器偏差超限故障停机事件，暴露出安全顺桨回路的问题，分析了紧急顺桨的原理和存在的问题、测试方法，对风力发电机组MOOG变桨系统安全顺桨有一定的预防作用。紧急顺桨控制回路上的不足，可以通过人工测试，及时发现清除机组存在的安全隐患，保证设备的安全稳定运行。

参考文献：

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[2]姜全越,董霞威,刘瑞刚.一起超速未飞车事故给我们的启示[J].第六届中国风电后市场交流合作大会论文集.2019：77-79.

[3]马绪勇.风力发电机组变桨控制系统解析[J].科技展望.2016 (27)：98.

[4] 陈飞.风电机组PLC安全链反馈丢失故障原因分析及处理[J].广西电业. 2020(06)：68-70.

作者简介：

何陆能( 1990 -)，男，国投云南风电有限公司东川生产部，675000。