变桨系统调试使用手册国产化风能发电.docx

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变桨系统调试使用手册国产化风能发电

编号：

CPCQ019WH01

共11页第1页

FD77-1500-III

风力发电机组

变桨系统维护手册

资料来源

编制

谢歆

2009.7.20

校对

提出部门

标准化

审核

常州轨道车辆牵引传动工程技术研究中心

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目录

1、系统介绍4

2．变桨控制系统的结构4

3、系统调试7

3.1系统上电7

3.1.1控制柜上电7

3.1.2轴柜上电7

3.2系统连接7

3.3调试9

4、系统的维护及运输10

4.1伺服驱动器10

4.1.1安全10

4.1.2操作使用11

4.1.3机械安装11

4.1.3运输安装11

4.2编码器11

4.3.3充电器12

4.4PLC12

4.5其他电子设备12

1、系统介绍

变桨系统是现代大型风机的重要组成部分。

变桨伺服控制系统作为风力发电控制系统的外环，在风力发电机组的控制中起着十分重要的作用。

它控制风力发电机组的叶片节距角可以随风速的大小进行自动调节，在低风速起动时，桨叶节距可以转到合适的角度，使风轮具有最大的起动力矩；当风速过高时，通过调整桨叶节距，改变气流对叶片的攻角，从而改变风力发电机组获得的空气动力转矩，使发电机功率输出保持稳定。

本产品采用直流型变桨伺服控制系统，系统主要由PLC﹑可逆直流调速装置﹑通过减速齿轮转动桨叶的直流电机﹑绝对式位置编码器等组成，并采用蓄电池作为后备电源，结构上分为一个控制箱、三个轴箱、三个蓄电池箱共七个电气箱体，其原理图概图见图2。

PLC组成变桨的控制系统，它通过CAN总线和主控制系统通信，接受主控制系统的指令（主要是桨叶转动的速度和角度指令），并控制可逆直流调速装置驱动直流电机，带动桨叶朝要求的方向和角度转动，同时PLC还负责蓄电池的充电控制、蓄电池电压的监控等辅助控制。

本系统具备以下优点：

⑴启动性好：

采用串激直流电机，起动力矩大，对于转动重达数吨、直径数十米的叶片有好处；

⑵由于采用直流无级调速,低速性能好；

⑶加后备电池比较方便。

2．变桨控制系统的结构

变桨系统包括一个主控柜，3个轴柜和3个蓄电池柜，每个叶片配有一个轴柜和一个蓄电池柜，可以参看电气结构原理概图图2。

主控柜是变桨系统的核心控制部分，内部有BachmannPLC构成的控制系统，负责完成变桨部分的数据采集和驱动控制；每个轴柜内含有一个Converter，是直流变换部分，负责在正常情况下给变桨驱动提供动力电源；每个蓄电池柜内有18节蓄电池，内部串联在一起，输出216V直流电源，作为变桨系统的后备电源，当电网掉电或紧急停机时给变桨电机供电。

另外，驱动由直流电机完成，通过减速器后与变桨轴承连接，每个电机并配有一个风扇，当温度大于60度时启动给电机散热。

直流电机采用失效保护模式，只有当电机电枢供电的时候电机刹车才松开，停电即抱闸。

电机后面还接有一个绝对值编码器，反馈电机的转速和桨距角给主控。

另外，每个叶片还配有一个齿轮盘与变桨轴承啮合，作为一个辅助测量校验桨距角；为了保证叶片在顺桨时准确达到顺桨位置（软件设定，一般为90°），在90°桨距角位置处安装有2个限位开关，分别为90°限位开关和95°限位开关。

图1为1＃轴柜内部结构原理图，另两个轴与1＃相同。

图11＃轴柜内部结构原理图

三个轴柜与控制柜之间是通过卡丁接口连接的，包括电源线、信号线等。

每个轴柜与控制柜都有CONAn、CONEn、CONFn、CONGn、CONLn（n代表轴柜号1＃，2＃，3＃）几组线相互连接，单个叶片的轴柜与控制柜之间还有一个CONBn连接。

图2变桨控制系统电气原理概图

3、系统调试

调试目的：

以91°限位位置作为参照，将三个轴各自对应的A、B位置编码器的位置值校核准确。

3.1系统上电

3.1.1控制柜上电

在系统准备好以后，首先用万用表测量系统3×400VAC供电正常后，线电压400V，相电压230V，再确认上述供电正常后才能将开关1F2,1F3,1F4,1F5,1F6,1F7,1F9,1F10,1F11等开关一次合上。

注意：

必须依据此程序操作，否则容易引起变桨控制系统的温控继电器故障。

3.1.2轴柜上电

系统上电的步骤如下：

1．闭合轴箱侧面的主电源开关1Q1；

2．闭合电池电源开关4Q1。

注意：

1.上电之前，必须检查各部件是否全部安装到位，关键部件：

限位开关；各轴是否处于限位位置；否则，打开电源开关4Q1后轴会一直转动；

2.严格按照开关闭合的先后顺序进行操作。

3.2系统连接

系统连接的步骤如下：

1．将调试PC通过以太网接口与变桨系统控制柜内PLC进行硬件连接；

2．打开PC机本地连接属性，更改PC机IP如图，

图3个人电脑IP设置

3．打开CPC_ChVi软件，如成功连接，则界面如下图。

如连接不成功，则

图4变桨控制系统通讯界面图

“ManualOperatingReleased”前显示“×”

3.3调试

成功连接后点击“Switchtomanualoperation”按钮为On（绿色），只有当该按钮为On，下面参数输入框才能被激活。

图5变桨控制系统通讯界面图

点击软件界面右下角“InandOuts”出现输入输出信号参数界面，在调试过程中可观察各参数的状态和变化。

下面以轴1为例来介绍如何对变桨系统校零。

此时桨叶应为顺桨状态。

1、点击按钮“SwitchmanualBypassLimitSwitch-On”，旁路限位开关。

2、点击按钮“SetnewOffsetAxis1”，在弹出的对话框中点“yes”，置当前位置为零点。

3、在“SetPosition”中输入“-30”，在“SetSpeed”中输入“2”，再点击“StartAxis1”按钮，桨叶则会以2度每秒的速度顺时针偏离零位30度（轮毂内视角）。

当桨叶到位停止后点击“StopAxis1”。

4、重复步骤2。

5、点击按钮“SwitchmanualBypassLimitSwitch-Off”，取消限位开关旁路。

1、重复步骤3。

角度改为50度。

2、重复步骤2。

3、重复步骤1。

4、重复步骤3。

角度改为-89度。

5、重复步骤2。

该零点为风机运行真正零点。

6、重复步骤5。

7、重复步骤3。

角度改为89度。

调试完毕。

注意：

调试结束关闭电源时，应先关闭电池电源开关4Q1，再关闭主电源开关1Q1。

4、系统的维护及运输

变桨系统是现代大型风机的重要组成部分。

变桨伺服控制系统作为风力发电控制系统的外环，在风力发电机组的控制中起着十分重要的作用。

变桨控制系统中很多零部件都是脆弱的电子设备，因此在使用和维护的时候都需要按照相关部件的手册进行操作。

4.1伺服驱动器

4.1.1安全

为了您的人身安全和设备物资不受到损害，在开始使用变桨距伺服驱动器前，请仔细阅读以下内容。

在任何时候安全规则必须严格遵守。

伺服驱动器是潜在的危险源。

·电压400V

伺服驱动器断电以后高电压在15分钟内依然存在，必须确认电压已降到安全值。

·注意旋转的部件。

·注意发热的高温表面。

在安装和操作时注意电磁场的防护。

对于安装了心脏起搏器、金属耳蜗、助听器等器件的人员，以下场所是禁止靠近的

-伺服驱动器安装、维修和运行的地方。

-电机维修、组装和运行的地方。

电机的永磁体是特别的危险源。

4.1.2操作使用

资格

·为了保护人身安全和财产不受到损失，只有取得电气工程师资格认证的人员才能作业。

·取得资格证的人员必须有熟悉操作手册的习惯。

·要了解预防和处理事故的相关法律法规。

安装时请遵守以下使用指导

·遵守接线规范和电气技术条件

·遵守电气安装标准，如线的截面积，接地导条和接地点等。

具体按照产品的电气接线图进行接线安装。

·严禁用手直接触摸电子元器件和导电体（静电有可能导致元件损坏）。

·伺服驱动器属于精密电子设备，在安装，运输，使用，更换的时候，严禁剧烈碰撞，严禁使用金属榔头等钝器进行捶击敲打，严禁从高空往地面扔，抛等任何可能引起剧烈冲撞的行为，任何类似行为都会引起设备损坏至不能修复。

4.1.3机械安装

变浆距伺服驱动器的机械结构专为风机轮毂设计，在安装时请注意以下事项：

·无潮气或者任何液体进入设备；

·在设备附近无侵蚀性或导电性的物质；

·无钻孔、攻丝的金属碎屑或将异物掉入设备中；

·不要将通风孔堵塞；

4.1.3运输安装

变桨驱动器属于精密电子设备，在运输和安装过程严禁发生任何剧烈的撞击，保证各电气接口、插接件、和零件固定件和焊接点的可靠联接。

任何过程中，防止水进入设备中（如进入，请维修人员打开检查和处理）。

如果积尘严重，请用干燥的压缩空气吹干净或者用防静电的刷子除尘。

尽量存放在干燥、通风、低尘、无静电、无强烈紫外光线照射和电磁干扰的环境里，因为长期暴露在此类相对恶劣的存储环境里可能会导致零件性能下降和记忆元件内容丢失等，影响设备的正常功能。

4.2编码器

编码器属于精密光电设备，在使用和维护的时候必须依据依据规范操作。

在运输和安装过程不能发生任何剧烈的撞击，保证各电气接口、插接件、和零件固定件和焊接点的可靠联接。

任何过程中，防止水进入设备中（如进入，请维修人员打开检查和处理）。

在安装、拆卸的时候，严禁使用榔头等设备对编码器进行敲打，或者使用扳手等设备强力拆卸，造成编码器损坏。

4.3.3充电器

充电器属于电子产品，用于对变浆系统蓄电池充电和状态监控。

使用过程中，操作维修人员应注意下属事项。

设备安全事项

电击：

储能放电、外壳漏电、电缆电路绝缘老化等。

与能量有关的危险

运输或者存储过程中设备的物理性损坏

电源通电状态严禁接触裸露导体部分在断电后等待2分钟以上才接触设备，保证一次电容充分放电。

存储和运输

变桨充电设备属于精密电子设备，运输和安装过程严禁发生任何剧烈的撞击，保证各电气接口、插接件、和零件固定件和焊接点的可靠联接。

任何过程中，防止水和其他液体进入设备中（如进入，请维修人员打开检查和处理）。

如果积尘严重，请用干燥的压缩空气吹干净或者用防静电的刷子除尘。

尽量存放在干燥、通风、低尘、无静电、无强烈紫外光线照射和电磁干扰的环境里，因为长期暴露在此类相对恶劣的存储环境里可能会导致零件性能下降和记忆元件内容丢失等，影响设备的正常功能。

4.4PLC

PLC在变桨控制系统中属于精密昂贵的电子设备，在使用和维护的过程中必须按照相关程序操作。

在拆卸的时候，严禁将PLC从PLC背板上使用强力车卸下来，这将很容易导致PLC损坏。

拆卸PLC需要依据Bachmann提供的方法，将PLC连同PLC背板一起拆卸下来。

存储和运输

PLC属于精密电子设备，运输和安装过程严禁发生任何剧烈的撞击，保证各电气接口、插接件、和零件固定件和焊接点的可靠联接。

任何过程中，防止水和其他液体进入设备中（如进入，请维修人员打开检查和处理）。

如果积尘严重，请用干燥的压缩空气吹干净或者用防静电的刷子除尘。

尽量存放在干燥、通风、低尘、无静电、无强烈紫外光线照射和电磁干扰的环境里，因为长期暴露在此类相对恶劣的存储环境里可能会导致零件性能下降和记忆元件内容丢失等，影响设备的正常功能。

4.5其他电子设备

其他设备包括变桨控制系统中使用到的电阻，开关，开关电源，继电器，接触器等电子设备。

在使用、维护，运输的工程中，都需要按照规范进行。

存储和运输

PLC属于精密电子设备，运输和安装过程严禁发生任何剧烈的撞击，保证各电气接口、插接件、和零件固定件和焊接点的可靠联接。

任何过程中，防止水和其他液体进入设备中（如进入，请维修人员打开检查和处理）。

如果积尘严重，请用干燥的压缩空气吹干净或者用防静电的刷子除尘。

尽量存放在干燥、通风、低尘、无静电、无强烈紫外光线照射和电磁干扰的环境里，因为长期暴露在此类相对恶劣的存储环境里可能会导致零件性能下降和记忆元件内容丢失等，影响设备的正常功能。