浅谈金风2.5WM机组安全链系统及其典型故障研究

刘 欢，邢海军，张佛详

(国华(哈密)新能源有限公司，新疆 哈密 839000)

1 金风2.5WM机组安全链系统元器件介绍

金风2.5WM机组安全链系统以“失效—保护”的反逻辑原则进行设计[1]，将紧急停机按钮、PLC急停信号、偏航扭缆开关、振动开关、超速模块、变桨内部安全链可能对机组造成严重伤害的故障节点串联在一条回路上，其中任意节点发生故障，机组立刻紧急停机，并使主控系统和变桨系统处于闭锁状态，从而最大限度地保证机组的安全[2]。

1.1 紧急停机按钮

当按下紧急停机按钮时必须要保证机组能够立刻停机，因此金风2.5WM机组将主控系统急停按钮、机舱系统急停按钮作为重要故障节点串联在安全链上，当急停按钮被按下时会触发安全链，机组立刻停机以保护设备与人员安全。

1.2 PLC急停信号

金风2.5WM机组控制系统采用的是德国倍福PLC模块，PLC模块每个扫描周期按照从上到下从左往右的顺序依次扫描程序，当PLC程序陷入死循环时，会报出看门狗错误(扫描周期超过500ms)。当程序陷入死循环，PLC模块不能发出控制指令，因此将PLC急停信号串联在安全链中，保证故障发生时能够立刻停机保护机组安全。

1.3 偏航扭缆开关

金风2.5WM机组通过凸轮计数器计算偏航行程，在机组调试时偏航角度一般设置在±800°，当偏航角度超过±800°时机组将自行解缆，机组允许的偏航极限角度为±900°，超过此角度则线缆存在被扭断的情况。偏航扭缆开关安装在凸轮计数器中，为偏航角度的极限开关，因此将其串联在安全链中，保护机组线缆安全。

1.4 振动开关

机组长时间振动有可能导致塔筒连接螺栓松动，塔基损伤，机舱柜内电气元件接线松动等危害。塔筒连接螺栓松动与塔基损伤可能使机组的抗风能力降低，容易发生倒塌事故，影响机组与人员安全。机舱柜内电器元件接线松动，有可能引起不必要的故障，也严重危害着人员与机组安全，因此将振动开关串联在安全链中保护机组安全。

2.5WM机组中使用的是摆锤式振动开关，由一个安装在微动开关上的摆针及重锤组成，重锤按照机组摆动幅度的保护数值被固定在摆针的合适位置上，当振动开关动作时应该及时查找机组振动原因并消除。

1.5 超速模块

当叶轮转速超过额定值时，机组容易失去控制，且速度达到一定值时机组将发生飞车事故。此外，当风机转速超过额定转速时，机组产生的负荷超过允许值，将使电缆发热，功率模块损坏，因此机组将采用Overspeed 超速模块检测发电机转速，并将Overspeed模块串联在安全链中，当速度达到设定值时，Overspeed模块动作使安全链触发，机组紧急停机。

1.6 安全继电器

安全继电器是安全链回路中的控制部分，由多个继电器按照一定逻辑组合而成，能够补偿彼此的缺陷，降低故障概率。

2 安全链回路工作原理概述

金风2.5WM机组安全链如图1所示，将急停按钮、PLC急停信号、扭缆开关、振动开关、超速模块、变桨内部安全链容易对机组产生严重伤害的节点通过4个安全继电器串联在一条回路上，其中主控柜急停按钮、机舱柜急停按钮以及PLC急停信号与安全继电器1的线圈串联，当节点无故障时，安全继电器线圈得到24V电压，安全继电器1常开触点吸合，常闭触点断开，当其中任意节点故障，安全继电器1失电，安全继电器1上的所有常开触点断开，常闭触点吸合。同理，发电机超速模块与安全继电器2线圈串联在一条回路上，左、右偏航扭缆开关与安全继电器3的线圈串联，振动开关与变桨安全链继电器串联在安全继电器4上，其中任意节点故障，都会引起相应的安全继电器失电。安全继电器1、安全继电器2、安全继电器4的一组常开触点与继电器24K7线圈串联在一起，其中任意安全继电器失电，都会引起24K7线圈失电，安全链故障。安全继电器1与安全继电器3的一组常开触点与偏航使能继电器线圈串联在一起，当其中任意继电器失电，则整条回路失电，偏航电机不能动作，从而保护机组安全。

3 安全链系统与变桨系统的关系

变桨安全链如图2所示，每个变桨柜中安装一个21K8继电器，3个21K8继电器与一个变桨安全链继电器123K10串联在一条回路中，当变桨柜出现逆变器OK信号丢失、92°限位开关动作等故障时，都会引起相应变桨柜中的21K8继电器线圈失电，触点断开，整条变桨安全链断开，变桨安全链继电器线圈失电，从而影响主控系统安全链；主控系统安全链回路中串联着24K7继电器，当主控系统出现紧急停机按钮、PLC紧急停机、叶轮超速模块、振动开关节点故障时，安全链中断，24K7继电器失电来影响变桨系统，变桨的安全链与主控的安全链相互独立而又相互影响。当主控系统的安全链上出现故障时，会使没有出现故障的叶片的控制系统进入到紧急停机的模式，迅速向92°顺桨，变桨安全链出现故障又会使主控系统进入紧急停机模式，最大限度地对机组起到保护作用。

图2 变桨安全链

4 变桨安全链故障处理

4.1 故障现象分析

风机监控后台报出变桨安全链故障之后，首先进入后台系统查看故障 f 文件，如表1所示，“error safety system safety system ok from pitch”变桨安全链故障状态变为“on”，说明变桨安全链故障被触发；“error safety system safety system ok to pitch”变桨外部安全链故障变为“on”，说明变桨外部安全链故障被触发。变桨安全链故障分为变桨内部安全链和变桨外部安全链，变桨内部安全链可以触发变桨外部安全链，变桨外部安全链不一定触发内部安全链。

表1 变桨安全链故障f文件

4.2 故障触发的原因

故障点可能原因：①变桨内部的一些主要的故障(除了温度故障)，如变桨位置偏差大的故障，变桨逆变器OK信号丢失故障，变桨继电器失电故障，DP故障等，任意故障都会导致变桨安全链故障产生。②变桨柜体安全链回路接线松动(包括端子排和哈丁接头)。③变桨柜内部123K10安全链继电器辅助触点损坏。④PLC模块KL2408损坏导致。

4.3 故障处理方法

第一步：通过电脑连接PLC或者通过故障码读取导致安全链报出的原始故障，检查是否由于其他故障带出的变桨故障，若有其他故障则根据相应故障处理办法处理即可。

第二步：检查变桨安全链回路接线是否松动，由于机组长时间工作，机组振动会导致接线松动，此类故障多由接线松动导致。

第三部：检查变桨安全链继电器是否损坏。

第四步：使用万用表测量安全链回路个点的电压值，确定故障点，如遇通信故障，需要先解决通信故障，然后处理安全链故障。

第五步：使用万用表测试变桨安全链至滑环回路，若回路异常，则滑环损坏，需更换滑环。

5 结束语

①金风2.5WM机组安全链按照失效—保护的策略进行控制，其中安全链中的任意节点发生故障都会触发整个安全链系统，报出安全链故障，使机组进入紧急停机模式。 ②当主控系统报出外部安全链故障时，会触发变桨安全链，使三支叶片收桨；当变桨安全链报出故障时也会触发主控安全链，使主控系统发出停机命令，二者独立存在而又相互作用。 ③对金风 2.5MW 风机典型安全链故障—变桨系统安全链故障现象、原因进行了分析，给出了处理变桨安全链故障的一般方法。