風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)分級(jí)安全鏈設(shè)計(jì)

雷 熠

東方電氣風(fēng)電有限公司 四川 德陽(yáng) 618000

引言

隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)數(shù)量的不斷增加,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行也是業(yè)主和整機(jī)廠家最關(guān)心的。在我國(guó)風(fēng)機(jī)發(fā)展初期,風(fēng)機(jī)的一些設(shè)計(jì)缺陷以及人為因素,導(dǎo)致出現(xiàn)了不少風(fēng)機(jī)安全事故。安全鏈作為風(fēng)電機(jī)組獨(dú)立于軟件控制系統(tǒng)的最后一道保護(hù),確保風(fēng)機(jī)在極端情況下安全停機(jī),有著至關(guān)重要的作用。而安全鏈的設(shè)計(jì),也隨著風(fēng)電的發(fā)展,有著更多的功能。分級(jí)安全鏈的設(shè)計(jì)逐漸成為風(fēng)機(jī)安全鏈設(shè)計(jì)的主流。

1 安全鏈的定義及作用

GL2010(德國(guó)勞氏船級(jí)社風(fēng)機(jī)認(rèn)證指南)中要求風(fēng)機(jī)安全保護(hù)系統(tǒng)必須具備獨(dú)立于軟件控制保護(hù)系統(tǒng)并且安全等級(jí)最高的硬件控制保護(hù)系統(tǒng),安全鏈正是這樣的系統(tǒng)。安全鏈?zhǔn)谴_保風(fēng)機(jī)在軟件保護(hù)失效的情況下,硬件回路斷開直接控制保護(hù),能在風(fēng)機(jī)出現(xiàn)最高等級(jí)故障以及極端情況下,確保風(fēng)機(jī)安全停機(jī)。因此獨(dú)立可靠的安全鏈系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)主控系統(tǒng)所必需的,安全鏈的每個(gè)環(huán)節(jié)中均采用最簡(jiǎn)單可靠的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 常規(guī)安全鏈設(shè)計(jì)

我公司最早引進(jìn)Repower整機(jī)技術(shù),主控系統(tǒng)采用Mita3000,其安全鏈設(shè)計(jì)就是這里所說(shuō)的常規(guī)安全鏈設(shè)計(jì),采用失效－安全(fail－safe)原則設(shè)計(jì)。

1）錯(cuò)臺(tái)寬度小于1 cm的錯(cuò)臺(tái)，進(jìn)行打磨處理；2）錯(cuò)臺(tái)相對(duì)高度大于1cm時(shí)，應(yīng)先采使用人工或風(fēng)鎬鑿除錯(cuò)臺(tái)，并預(yù)留一定厚度，然后對(duì)預(yù)留的部位作打磨處理。

2.1 常規(guī)安全鏈組成結(jié)構(gòu)

安全鏈組成如下：

3.2 分級(jí)安全鏈組成結(jié)構(gòu)

這種安全鏈設(shè)計(jì),功能比較單一,回路斷開后所有控制立即執(zhí)行,在風(fēng)電控制技術(shù)不斷發(fā)展的今天,常規(guī)安全鏈設(shè)計(jì)漸漸不能滿足如今風(fēng)機(jī)運(yùn)行、保護(hù)、維護(hù)的需求。

Technoeconomic Analysis about Oil-free Ignition Technology of 1 000 MW Double-reheat Coal-fired Power Plant WU Afeng,TAN Canshen,FAN Yongchun,ZHANG Xiangyu,SHI Tao,XU Jinmiao(122)

高校服務(wù)地方非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護(hù)傳承工作實(shí)證研究——以百色學(xué)院為個(gè)案 …………………………………… 凌春輝（6/67）

3 分級(jí)安全鏈設(shè)計(jì)

3.1 分級(jí)安全鏈設(shè)計(jì)需求 分級(jí)安全鏈的設(shè)計(jì)思路,是在保證原有安全保護(hù)功能的前提下,將常規(guī)安全鏈分成三個(gè)等級(jí),每一級(jí)安全鏈的斷開都能在保護(hù)機(jī)組安全的同時(shí)滿足控制系統(tǒng)不同停機(jī)故障的需求。分級(jí)安全鏈設(shè)計(jì)的核心是引入Pilz安全鏈繼電器。

隨著風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展,風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)不斷更新,功能需求越來(lái)越多,常規(guī)安全鏈功能顯得不足,新的分級(jí)安全鏈設(shè)計(jì)映入眼簾。

2.2 常規(guī)安全鏈保護(hù)功能 安全鏈中每一個(gè)器件都是通過(guò)串聯(lián)的方式連接在一起,當(dāng)其中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)動(dòng)作,將引起整條回路斷電,機(jī)組進(jìn)入緊急停機(jī)過(guò)程,并使主控系統(tǒng)處于閉鎖狀態(tài)。如果故障節(jié)點(diǎn)得不到恢復(fù),則機(jī)組的正常運(yùn)行操作都不能實(shí)現(xiàn)。安全鏈分別對(duì)機(jī)組緊急停機(jī)(緊急情況下人員操作)、偏航順時(shí)針、逆時(shí)針極限(防扭斷電纜)、葉片維護(hù)(人員進(jìn)輪轂操作須斷安全鏈)、塔筒振動(dòng)極限(防止操作機(jī)組自身載荷)、齒輪箱高速軸超速、主軸低速軸超速、內(nèi)部安全鏈(PLC 控制器輸出)、安全繼電器1、安全繼電器2。2個(gè)安全繼電器是安全鏈的核心部件,是安全鏈的執(zhí)行機(jī)構(gòu),當(dāng)回路斷電,繼電器必須精確及時(shí)可靠的使觸點(diǎn)動(dòng)作,控制風(fēng)機(jī)各個(gè)系統(tǒng)保護(hù)風(fēng)機(jī)安全,通過(guò)結(jié)構(gòu)圖可以知道安全繼電器KA2在安全鏈斷開的時(shí)候控制偏航液壓、電氣剎車,對(duì)偏航進(jìn)行剎車;安全繼電器KA3在安全鏈斷開的情況下,禁止齒輪箱風(fēng)扇運(yùn)行、偏航電機(jī)運(yùn)行,切斷主控變槳EFC信號(hào)觸發(fā)變槳系統(tǒng)快速收槳,觸發(fā)高速軸剎車器制動(dòng)。

3.3 分級(jí)安全鏈保護(hù)功能 從安全鏈結(jié)構(gòu)可以看出,分級(jí)安全鏈分為三個(gè)等級(jí),每一個(gè)等級(jí)都需要復(fù)位,整個(gè)安全鏈才能恢復(fù)正常。分級(jí)如下：一級(jí)安全鏈包括主控柜、機(jī)艙、塔基急停安全按鈕以及Pilz安全鏈繼電器,二級(jí)安全鏈包括葉片維護(hù)開關(guān)、主控制器PLC 看門狗繼電器、電纜順時(shí)針、逆時(shí)針紐纜極限開關(guān)、安全繼電器1,三級(jí)安全鏈包括塔筒振動(dòng)開關(guān)、主軸超速開關(guān)、齒輪箱超速開關(guān)、內(nèi)部安全鏈、安全鏈繼電器2。所有器件仍然以串聯(lián)的方式連接在一起,不同級(jí)別器件的斷開,安全鏈將執(zhí)行不同的功能,但回路斷開機(jī)組進(jìn)入最高等級(jí)停機(jī)并閉鎖系統(tǒng)的功能不受影響。

為應(yīng)對(duì)苗木生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，農(nóng)場(chǎng)一方面致力于苗木品種的多元化，種植欒樹、紅葉李、廣玉蘭、金絲垂柳、山東白蠟等經(jīng)濟(jì)苗木，發(fā)展櫸樹、東方杉、中山杉、金葉水杉、弗吉尼亞櫟等高檔苗木。另一方面，積極謀劃與地方政府合作，分散苗木產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。2014和2015年，先后與東臺(tái)市政府在G228國(guó)道邊合作建設(shè)了350畝弗吉尼亞櫟、上海東方杉種植項(xiàng)目，由政府免費(fèi)提供200萬(wàn)元種苗，農(nóng)場(chǎng)提供土地負(fù)責(zé)栽植，全額占有苗木收益，實(shí)現(xiàn)“政府得形象，農(nóng)場(chǎng)得效益”。

Pilz安全繼電器和安全繼電器1、2是分級(jí)安全鏈系統(tǒng)的核心。新增加的Pilz安全繼電器的存在使安全鏈功能更加強(qiáng)大。一級(jí)安全鏈觸發(fā)安全鏈斷開,二、三級(jí)安全鏈?zhǔn)щ姅嚅_,此時(shí)Pilz、KA1、KA2 安全繼電器動(dòng)作,禁止自動(dòng)、手動(dòng)偏航,禁止機(jī)艙內(nèi)散熱設(shè)備啟動(dòng),啟動(dòng)高速軸盤剎(受轉(zhuǎn)速限制),始終允許液壓站工作(保證剎車制動(dòng)力),斷開變槳EFC 信號(hào)緊急收槳,并禁止旁路變槳;二級(jí)安全鏈觸發(fā),安全鏈回路斷開,一級(jí)安全鏈保持正常得電即Pilz未動(dòng)作,三級(jí)安全鏈斷開,此時(shí)KA1、KA2安全繼電器動(dòng)作,禁止自動(dòng)偏航,斷開變槳EFC信號(hào)緊急收槳,并禁止旁路變槳;三級(jí)安全鏈觸發(fā),安全鏈斷開,一、二級(jí)安全鏈保持正常得電,Pilz與KA1未動(dòng)作,KA2動(dòng)作,斷開變槳EFC信號(hào)緊急收槳,并禁止旁路變槳。每一級(jí)安全鏈斷開,都能確保變槳系統(tǒng)安全鏈斷開,緊急收槳最大程度保護(hù)風(fēng)機(jī)安全,不同功能區(qū)別在于偏航、冷卻、加熱等子系統(tǒng)的控制。

4 結(jié)語(yǔ)

分級(jí)安全鏈設(shè)計(jì)在保證常規(guī)安全鏈設(shè)計(jì)安全功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,增加了功能控制級(jí)別劃分,更好的滿足機(jī)組不同工況下設(shè)備運(yùn)行的需求,以及停機(jī)維護(hù)時(shí)服務(wù)人員的需求。目前此設(shè)計(jì)方案已經(jīng)在我公司新機(jī)組中實(shí)施,現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,達(dá)到了設(shè)計(jì)需求。