[發明專利]風力發電機組的安全鏈系統及其故障快速識別方法

有效

• 申請號: 201210241596.5
• 申請日: 2012-07-12
• 公開（公告）號: CN102748215A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 楊衛民;沙玉婷;馬文龍;王榮興;詹熙;師毓佳;吳宏
• 申請（專利權）人: 國電南京自動化股份有限公司
• 主分類號: F03D7/00
• 分類號: F03D7/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明具體涉及一種風力發電機組的安全鏈系統及其故障快速識別方法，屬于風力發電機組的安全技術領域。

背景技術

風力發電機組控制系統安全鏈回路是獨立于控制系統中的控制器單元的。其作用是在機組設備出現重大故障時，可以脫離控制系統中的控制器單元而直接作用于機組制動系統，通過機組葉尖氣動剎車、機械剎車實現機組停機。保證機組設備的安全。機組安全鏈被觸發后即使觸發故障自動恢復也必須采用人工復位的方式復位安全鏈回路，否則機組無法啟動運行。風力發電機組安全鏈回路是機組控制系統控制器單元的最后后備保護措施，由于風電機組運行環境的惡劣，機組設備甚至于控制系統控制器均難免出現故障，導致控制系統控制器保護實效，此時安全鏈回路將直接生效，所以安全鏈設計是各風電整機廠家控制系統的核心環節之一。目前常見的安全鏈設計模式有以下兩種：

（1）安全鏈保護接點“硬接線”串聯模式

以關鍵設備配備的監測設備保護接點用電纜串聯，并接入DC24V直流電源，形成安全鏈回路，正常情況下，回路上所有接點均處于閉合狀態，回路上任意一個接點斷開，該回路將失電，控制系統通過葉尖氣動剎車、機械剎車實現機組停機。采用此種方式實現的機組安全鏈回路電氣回路簡單，實現方便，因此被很多廠家采用。只是不同廠家安全鏈觸發保護對象、安全鏈觸發動作后制動系統投入方式有所差異。專利201010017128.0就是以上模式的典型設計，其提出了一種單通道安全鏈結構。該安全系統包括電源、紐纜開關、振動保護開關、電網保護開關、變流器保護開關、機艙和塔座急停按鈕、分布式心跳監視開關、轉速保護開關和安全繼電器。該安全系統將以上節點以常閉觸點的形式串聯成一條回路，當任何一點動作后，安全繼電器動作，控制系統執行安全停機。

（2）安全鏈保護接點經過安全繼電器（安全控制器）串聯模式

采用安全鏈保護接點“硬接線”串聯模式的單回路安全鏈系統在極端情況下的確會存在因為保護接點粘連導致安全鏈回路在機組故障情況下無法有效斷開安全鏈，機組無法緊急停機，從而對機組安全運行造成極大隱患。因此，目前也有一些廠家使用安全繼電器（安全控制器）實現對機組重要設備的保護監控，安全繼電器（安全控制器）具有多路接點輸入和輸出功能，這類安全繼電器（安全控制器）均采用通過歐洲安全認證標準的產品。同時安全繼電器（安全控制器）內部均包括CPU單元。CPU采用雙核方式以保障其本體安全可靠。根據不同廠家安全鏈回路保護觸發對象的差異以及制動系統投入模式，通過對安全繼電器（安全控制器）的編程，實現對安全鏈監控對象的輸入監控以及安全鏈輸出保護動作。專利201110050684.2就是以上模式的典型設計，為達到克服現有單通道安全鏈系統出現故障后無法正常工作，影響機組發電效率的缺點，提出一種具有雙通道輸入輸出的安全鏈系統，以便對風機的極端情況做更嚴密的保護，特征在于，所述的安全鏈單元包括供電電源、安全繼電器、第一組安全觸點、第二組安全觸點、安全鏈復位按鈕和安全鏈輸出控制繼電器組；供電電源的輸出接入安全繼電器的電源端；第一組安全觸點和第二組安全觸點常閉的形式分別接入安全繼電器的兩個輸入通道(S21、S22、S31、S32)；復位按鈕接入安全繼電器的復位端口(S33、S34)；兩個安全鏈輸出控制繼電器組由兩個繼電器(2K1、2K2)組成，所述的兩個繼電器(2K1、2K2)的線圈并聯后分別接入安全繼電器的兩個輸出通道(13、14、23、24)。

以上兩種模式在實際應用中均存在一些不完備之處，采用安全鏈保護接點“硬接線”串聯模式的單回路安全鏈，除了如專利201110050684.2中所描述的繼電器保護接點故障情況下造成保護接點粘連導致安全鏈回路在機組故障情況下無法有效斷開安全鏈以外，同時由于安全鏈回路接點全部串聯，在安全鏈觸發時，只要一個接點斷開，整個安全鏈回路全部同時斷開，主控系統無法快速識別首出故障原因，給故障排除和機組維護造成延誤，影響發電效率。采用安全繼電器（安全控制器）串聯模式，盡管通過歐洲安全標準認證的產品可靠性得到相當保證，但價格昂貴，外圍回路復雜，控制模式需要專業人員編程實現，這類安全繼電器普遍內部采用雙核CPU以保障其本體安全，但同樣存在極端情況故障，現場維護人員無法快速更換，需要整機廠家到場維護，從而影響機組恢復發電。同樣采用這種模式的安全鏈設計，安全（繼電器）控制器可以根據保護接點輸入狀態確定首出故障原因，但機組控制系統主控制器仍然無法快速有效獲取該信息，因此無法通過機組主控系統就地HMI或遠程監控中心顯示，給現場故障排除和快速維護造成不便。

發明內容