变桨系统原理及维护

1.5MW风力发电机组

变桨系统原理及维护

国电联合动力技术有限公司

培训中心

（内部资料严禁外泄）

UP77/82 风电机组变桨控制及维护

目录

1、 变桨系统控制原理 2、 变桨系统简介 3、 变桨系统故障及处理

4、 LUST与SSB变桨系统的异同 5、 变桨系统维护

定桨失速风机与变桨变速风机之比较

定桨失速型风电机组

发电量随着风速的提高而增长，在额定风速下达到满发，但风速若再增加，机组出力反而下降很快，叶片呈现失速特性。 优点：机械结构简单，易于制造； 控制原理简单，运行可靠性高。 缺点：额定风速高，风轮转换效率低； 电能质量差，对电网影响大；

叶片复杂，重量大，不适合制造大风机

变组

风机的每个叶片可跟随风速变化独立同步的变化桨距角，控制机组在任

桨变速型风电机

何转速下始终工作在最佳状态，额定风速得以有效降低，提高了低风速下机组的发电能力；当风速继续提高时，功率曲线能够维持恒定，有效地提高了风轮的转换效率。

优点：发电效率高，超出定桨机组10%以上； 电能质量提高，电网兼容性好；

高风速时停机并顺桨，降低载荷，保护机组安全； 叶片相对简单，重量轻，利于制造大型兆瓦级风机 缺点：变桨机械、电气和控制系统复杂，运行维护难度大。

变桨距双馈变速恒频风力发电机组成为当前国内兆瓦级风力发电机组的主流。

变桨系统组成部分简介

变桨控制系统简介

✓ 主控制柜 ✓ 轴柜 ✓ 蓄电池柜 ✓ 驱动电机 ✓ 减速齿轮箱 ✓ 变桨轴承 ✓ 限位开关

✓

编码器

▪ 变桨主控柜

▪ 变桨

轴柜

▪ 蓄电池柜

▪ 电机编码器

GM 400绝对值编码器

共10根线，引入变桨控制柜，需按线号及颜色接入变桨控制柜端子排上。

▪ 限位开关

变桨系统工作流程：

 机组主控通过滑环传输的控制指令；  将变桨命令分配至三个轴柜；

 轴柜通过各自独立整流装置同步变换直流来驱动电机；

 通过减速齿轮箱传递扭矩至变桨齿轮带动每个叶片旋转至精准的角度；

 将该叶片角度值反馈至机组主控系统

变桨系统控制原理

风机不同运行状态下的变桨控制 1、静止——起动状态 2、起动——加速状态 3、 加速——风机并网状态 3.1、低于额定功率下发电运行

3.2 达到额定功率后维持满发状态运行 4、运行——停机状态

1、静止——起动状态下的变桨调节 ➢ 桨距角调节至50°迎风； ➢ 开桨速度不能超过2 ° /s; ➢ 顺桨速度不能超过5° /s; ➢ 变桨加速度不能超过20 ° /s²； ➢ 目标：叶轮转速升至3 r/s(低速轴）

2、起动——加速状态下的变桨调节

➢ 桨距角在（50 °，0°）范围内调节迎风； ➢ 开桨速度不能超过2 ° /s; ➢ 顺桨速度不能超过5° /s; ➢ 变桨加速度不能超过20 ° /s²； ➢ 目标：叶轮转速升至10 r/s(低速轴） 3、加速——并网发电状态下的变桨调节 3.1 低于额定功率下的变桨调节 ➢ 桨距角在维持0°迎风； ➢ 开桨速度不能超过2 ° /s; ➢ 顺桨速度不能超过5° /s; ➢ 变桨加速度不能超过20 ° /s²；

➢ 变频系统通过转矩控制达到最大风能利用系数， ➢ 目标：叶轮转速升至17.5 r/s(低速轴） 3.2 达到额定功率后维持满发状态运行 ➢ 桨距角在（90 °，0°）范围内调节； ➢ 开桨速度不能超过5 ° /s; ➢ 顺桨速度不能超过5° /s; ➢ 变桨加速度不能超过20 ° /s²；

➢ 通过变桨控制使机组保持额定输出功率不变， ➢ 目标：叶轮转速保持17.5 r/s(低速轴） 4、运行——停机状态

4.1 正常停机

➢ 叶片正常顺桨至89°；

➢ 变桨主控柜的顺桨命令通过轴柜执行； ➢ 顺桨速度控制为5° /s; ➢ 叶轮空转，机械刹车不动作； 4.2 快速停机

➢ 叶片快速顺桨至89°；

➢ 变桨主控柜的顺桨命令通过轴柜执行； ➢ 顺桨速度控制为7° /s; ➢ 叶轮空转，机械刹车不动作； 4.3 紧急停机

➢ 叶片紧急顺桨至91°或96 °限位开关 ； ➢ 紧急顺桨命令通过蓄电池柜执行； ➢ 顺桨速度不受控制;

➢ 叶轮转速低于5 r/s后，液压机械刹车抱闸，将叶轮转速降至为零；

独立变桨：三个叶片通过各自的轴柜和蓄电池柜实现开桨和顺桨的同步调节；如果某一个驱动器发生故障，另两个驱动器依然可以安全地使风机顺桨并安全停机。

变桨系统故障及处理

变桨系统故障类别： ➢ 变桨系统通讯故障

➢ 变桨系统蓄电池故障 ➢ 变桨桨距位置故障 ➢ 变桨整流器故障 ➢ 变桨驱动电机故障 ➢ 变桨系统通风、加热故障 ➢ 变桨系统供电故障 ➢ 变桨系统状态故障 紧急停机故障：

➢ 变桨系统通讯故障 ➢ 变桨整流器故障 ➢ 变桨桨距位置故障 ➢ 变桨系统供电故障 ➢ 变桨系统状态故障

该类故障立即触发控制系统安全链断开，机组紧急停机。 正常停机故障：

➢ 变桨系统蓄电池故障 ➢ 变桨驱动电机故障 ➢ 变桨系统通风、加热故障

该类故障导致正常停机，可远方复位后重新恢复 正常运行。

LUST与SSB变桨系统的异同

两家变桨系统均为电动变桨，主要实现功能完全一致，电路设计原理大同小异。

差别1：整流设备

SSB变桨系统是晶体管整流，DGNR； LUST变桨系统是晶闸管整流，Pitchmaster 机组主控安全链：

SSB完全由机组主控控制，安全链闭合后正常运行；

LUST系统先自检无故障后，向主控系统发安全链闭合信号，同时接收到主控的安全链闭合信号后才能正常运行。

变桨系统维护

变桨轴承的基本维护：

▪ 1.检查变桨轴承表面清洁度。 ▪ 2.检查变桨轴承表面防腐涂层。 ▪ 3.检查变桨轴承齿面情况。 ▪ 4.变桨轴承螺栓的紧固。 ▪ 5.变桨轴承润滑。 变桨驱动电机的基本维护 1.检查变桨驱动装置表面清洁度。 2.检查变桨驱动装置表面防腐层。

3.检查变桨电机是否过热、有异常噪声等。 4.检查变桨齿轮箱润滑油。 5.检查变桨驱动装置螺栓紧固。

限位开关的基本维护

▪ 1. 检查开关灵敏度，是否有松动。

▪ 2.检查限位开关接线是正常，手动刹车测试。 ▪ 3.检查螺栓紧固。 变桨主控柜和电池柜的基本维护

1.变桨控制柜/轮毂之间缓冲器是否有磨损。 2.变桨控制柜内接线是否有松动。 3.柜子支架及柜子的螺栓紧固。

4.用蓄电池驱动变桨机构，用比例装置检测电池

维护和检修工作，必须由国电联合动力技术有限公司调试所人员或接受过国电联合动力技术有限公司培训并得到认可的人员完成。

在进行维护和检修工作时，必须携带《变桨系统检修卡》。并按照该卡上的要求完成每项内容的检修与记录。

在进行维护和检修前必须阅读《UP77/82 维护手册》，所有操作必须严格遵守《UP77/82 维护手册》中的安全条款。

✓ 如果环境温度低于-20 ℃，不得进行维护和检修工作。

✓ 低温型风力发电机, 如果环境温度低于-30 ℃，不得进行维护和检修工作。

如果风速超过下述的限值，不得进行维护和检修 工作。 ✓ 叶片位于工作位置和顺桨位置之间的任何位置 5 分钟 平均值(平均风速) 15 m/s 5 秒 平均值 (阵风速度) 20 m/s

✓ 叶片位于顺桨位置(当叶轮锁定装置启动时不允许变桨) 5-分钟 平均值(平均风速) 20 m/s 5-秒 平均值 (阵风速度) 25 m/s 安全备注：

➢ 变桨机构进行任何维护和检修，必须首先使风机 停机，机械刹车装置动作,高速轴抱闸并将叶轮锁锁定。

➢ 如特殊情况，需在风机处于工作状态或变桨机构处于转动状态下进行维护和检修时（如检查轮齿啮合、电机噪音、振动等状态时），必须确保有人守在紧急开关旁，可随时按下开关，使系统刹车。 ➢ 当在轮毂内工作时因工作区域狭小,要防止对其它部件的损伤。