一种风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法及装置

技术领域

本发明涉及风力发电机组变桨系统，尤其是涉及变桨系统桨叶操作互锁方法及装置。

背景技术

随着风力发电技术的快速发展，风电行业存在的安全隐患逐步暴露，风机超速、倒塔事故频发，给风力发电机组的安全稳定造成了极大威胁，而变桨系统作为风力发电的风能吸收单元，其稳定性及安全性极其重要。变桨系统逻辑设置不合理极易造成重大事故，如甘肃周家井某风电场“4·12”风机倒塔事故，因维护人员操作失误，在进行桨叶标定时，未将打开的1号桨叶、2号桨叶及时手动收回，错误的打开了3号桨叶，造成风轮旋转，短时间内叶轮超速，最终造成风机倒塔，维护人员跌落死亡。因此变桨系统的安全性和可靠性异常重要，变桨系统控制逻辑中应充分考虑机组“服务维护模式”下人员的误操作，应加入变桨系统桨叶操作互锁功能，避免因人员误操作造成的设备损坏和人员伤亡。

目前，变桨系统大多为3变桨柜型，每个变桨柜独立控制对应的风机桨叶，维护人员对变桨系统进行维护时，将变桨柜由“自动运行模式”切换至“服务维护模式”，将手动操作盒与变桨柜连接，完成桨叶的开桨或顺桨，这就存在桨叶开桨后未进行顺桨，而直接进行其他桨叶开桨操作的可能性，这也就是“4·12”风机倒塔事故的根本原因。为杜绝上述事故的发生，如能设计一种变桨系统桨叶互锁装置及方法，以保证在“维护模式”下有且仅有一支叶片处于开桨状态，则可以确保风机及维护人员的安全。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁装置及方法，分别从软件保护实现逻辑和硬件保护实现架构实现桨叶操作互锁保护。

从功能上实现使用变桨手操盒对任何一支桨叶进行变桨操作时，其他两只桨叶必须处于顺桨位置，否则无法对该桨叶进行变桨操作(任意一支桨叶处于开桨状态时，另外两只桨叶无法实现开桨操作)。

本发明采用的技术方案：

一种风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法，首先，建立变桨系统中三个变桨柜之间的通信，变桨系统中任意两个变桨柜的变桨位置反馈给第三个变桨柜，从而控制第三个桨叶的开桨、顺桨动作是否生效，以此解决变桨系统桨叶操作互锁问题，步骤如下：

其实现步骤如下：

(一)设置变桨系统“服务维护模式”和“自动运行模式”：

在“服务维护模式”下，使用变桨手操盒对任何一支桨叶进行变桨操作时，其他两只桨叶必须处于顺桨位置，否则无法对该桨叶进行变桨操作；

(二)通过风机主控制器，运行如下的互锁保护控制逻辑：

(1)设置变桨模式标志位f，当变桨系统在“服务维护模式”时，变桨模式标志位f＝1；风机高速轴刹车一直处于投入状态，无法松闸；

当变桨系统在“自动运行模式”时，变桨模式标志位f＝0；

(2)设置桨叶操作标志位a

风机主控制器动态循环更新桨叶操作标志位a

所述的风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法，设置三支变桨手操盒位置标志位m

当变桨手操盒位置标志位m

所述的风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法，(1)初始状态时，三支桨叶均处于停机顺桨位置，桨叶操作标志位a

(2)当检测到有且仅有第j支桨叶控制柜控制模式为“服务维护模式”时，控制器更新桨叶操作标志位a

(3)当检测到桨叶操作标志位a

(4)当第j支桨叶操作完成后，操作人员未能手动将第j支桨叶控制柜控制模式由“服务维护模式”切换到“自动运行模式”，而是手动将第k支桨叶控制柜控制模式由“自动运行模式”切换到“服务维护模式”，且k≠j，控制器更新桨叶操作标志位a

(5)当第j支桨叶操作完成后，操作人员手动将第j支桨叶控制柜控制模式由“服务维护模式”切换到“自动运行模式”，控制器更新桨叶操作标志位a

一种风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁装置，包括桨叶控制回路、桨叶操作时刹车控制回路以及与所述桨叶控制回路并联的手操盒拔出自动顺桨回路，所述刹车控制回路与桨叶控制回路联锁，在所述桨叶控制回路中设有桨叶互锁回路，桨叶互锁回路包括顺桨位置开关S、变桨动作继电器K及接触器k，桨叶互锁回路采用两个顺桨位置开关S串联后接入第三个变桨控制回路中；桨叶互锁回路通过变桨动作继电器K连接桨叶控制回路电源，其接触器k连接开桨回路、顺桨回路。

所述桨叶操作时刹车控制回路包括变桨柜控制模式开关F、高速轴刹车投入回路；其中，变桨柜控制模式开关F串联于所述桨叶控制回路中。

所述手操盒拔出自动顺桨回路包括变桨柜控制模式开关F、手操盒位置开关M及顺桨回路。

本发明的有益效果：

本发明风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法及装置，可有效解决变桨系统桨叶操作互锁问题，以保障发电机组变桨系统桨叶维护操作安全。

1、本发明的风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法，将变桨系统中的两个变桨柜的变桨位置反馈给第三个变桨柜，从而控制第三个桨叶的开桨、顺桨动作是否生效。在“服务维护模式”下，使用变桨手操盒对任何一支桨叶进行变桨操作时，其他两只桨叶必须处于顺桨位置，否则无法对该桨叶进行变桨操作(任意一支桨叶处于开桨状态时，另外两只桨叶无法实现开桨操作)。

2、本发明风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法及装置，均可以实现在“服务维护模式”下，风机高速轴刹车一直处于投入状态，无法松闸。实现变桨手操盒从变桨控制柜内拔出后，桨叶应自动收桨至顺桨位置；实现方法简单有效，结构简单。

附图说明

图1为变桨系统桨叶顺桨位置反馈线接线图；

图2桨叶操作互锁控制装置电气原理图；

图3桨叶操作时刹车控制电气原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，结合附图对本发明技术方案进一步的详细描述。

实施例1

本发明风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法，实现步骤如下：

首先，如图1所示，建立变桨系统中三个变桨柜之间的通信，变桨系统中任意两个变桨柜的变桨位置信息实时反馈给第三个变桨柜，通过主控制器控制第三个桨叶的开桨、顺桨动作是否生效，以此解决变桨系统桨叶操作互锁问题，其过程包括：

其实现步骤如下：

(一)设置变桨系统“服务维护模式”和“自动运行模式”：

在“服务维护模式”下，使用变桨手操盒对任何一支桨叶进行变桨操作时，其他两只桨叶必须处于顺桨位置，否则无法对该桨叶进行变桨操作；

(二)通过风机主控制器，运行如下的互锁保护控制逻辑：

(1)设置变桨模式标志位f，当变桨系统在“服务维护模式”时，变桨模式标志位f＝1；风机高速轴刹车一直处于投入状态，无法松闸；

当变桨系统在“自动运行模式”时，变桨模式标志位f＝0；

(2)设置桨叶操作标志位a

风机主控制器动态循环更新桨叶操作标志位a

其中，最多有一个桨叶操作标志位a

实施例2

本实施例的风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法，与实施例1不同的是，进一步的：

设置三支变桨手操盒位置标志位m

当变桨手操盒位置标志位m

实施例3

本实施例的风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法，与实施例1或实施例2不同的是：

(1)初始状态时，三支桨叶均处于停机顺桨位置，桨叶操作标志位a

(2)当检测到有且仅有第j支桨叶控制柜控制模式为“服务维护模式”时，控制器更新桨叶操作标志位a

(3)当检测到桨叶操作标志位a

(4)当第j支桨叶操作完成后，操作人员未能手动将第j支桨叶控制柜控制模式由“服务维护模式”切换到“自动运行模式”，而是手动将第k支桨叶控制柜控制模式由“自动运行模式”切换到“服务维护模式”，且k≠j，控制器更新桨叶操作标志位a

(5)当第j支桨叶操作完成后，操作人员手动将第j支桨叶控制柜控制模式由“服务维护模式”切换到“自动运行模式”，控制器更新桨叶操作标志位a

以桨叶1操作为例，三支桨叶最初均处于停机顺桨位置，变桨系统手动打到“服务维护模式”，此时f＝1，风机高速轴刹车一直处于投入状态，无法松闸。三支桨叶位置标志位a

实施例4

本发明风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法，通过设置桨叶操作互锁软件保护，用运行于风机主控制器，该软件保护控制方法，包括以下步骤：

设置变桨柜控制模式标志位f，当任一桨叶变桨柜在“服务维护模式”时f＝1；当桨叶变桨柜均在“服务维护模式”时f＝0。当f＝1时，投入高速轴刹车回路，确保风机高速轴刹车一直处于投入状态，无法松闸。

设置桨叶操作标志位a

(1)初始状态时，三支桨叶均处于顺桨位置，a

(2)可对任何一支桨叶进行开桨操作，当检测到有且仅有第j支桨叶控制柜控制模式为“服务维护模式”时，控制器更新桨叶操作标志位a

(3)当检测到桨叶操作标志位a

(4)当第j支桨叶操作完成后，操作人员未能手动将第j支桨叶控制柜控制模式由“服务维护模式”切换到“自动运行模式”，而是手动将第k支桨叶控制柜控制模式由“自动运行模式”切换到“服务维护模式”，且k≠j，控制器更新桨叶操作标志位a

(5)当第j支桨叶操作完成后，操作人员手动将第j支桨叶控制柜控制模式由“服务维护模式”切换到“自动运行模式”，控制器更新桨叶操作标志位a

初始状态时，三支桨叶最初均处于停机顺桨位置，三支桨叶操作标志位a

实施例5

本实施例为风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁装置，参见图2、图3，所述变桨系统桨叶操作互锁装置，包括桨叶控制回路、桨叶操作时刹车控制回路以及与所述桨叶控制回路并联的手操盒拔出自动顺桨回路，所述刹车控制回路与桨叶控制回路联锁，在所述桨叶控制回路中设有桨叶互锁回路，桨叶互锁回路包括顺桨位置开关S、变桨动作继电器K及接触器k，桨叶互锁回路采用两个顺桨位置开关S串联后接入第三个变桨控制回路中；桨叶互锁回路通过变桨动作继电器K连接桨叶控制回路电源，其接触器k连接开桨回路、顺桨回路。

实施例6

本实施例的风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁装置，和实施例1的不同之处在于：

进一步的，所述桨叶操作时刹车控制回路包括变桨柜控制模式开关F、高速轴刹车投入回路；其中，变桨柜控制模式开关F串联于所述桨叶控制回路中。所述手操盒拔出自动顺桨回路包括变桨柜控制模式开关F、手操盒位置开关M及顺桨回路。

实施例7

参见图2、图3，本实施例的风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁装置，为桨叶操作互锁硬件保护，用于风机硬件回路。该桨叶操作互锁装置按功能划分可桨叶互锁回路、手操盒拔出自动顺桨回路、桨叶操作时刹车控制回路；所述桨叶互锁回路包括变桨柜控制模式开关F、顺桨位置开关S、变桨动作继电器K、接触器k组成。桨叶互锁回路采用两个顺桨位置开关S串联后接入第三个变桨控制回路中。

所述手操盒拔出自动顺桨回路包括变桨柜控制模式开关F、手操盒位置开关M及顺桨回路；所述桨叶操作时刹车控制回路变桨柜控制模式开关F、高速轴刹车投入回路。

该风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁装置，可以从硬件实现：

当变桨柜均处于“自动运行模式”时，变桨柜控制模式开关F打开；当变桨柜均处于“服务维护模式”时，变桨柜控制模式开关F闭合；当桨叶处于顺桨位置时，桨叶撞击顺桨位置开关，开关S闭合；当桨叶处于开桨位置时，桨叶远离顺桨位置开关，开关S打开；当变桨动作继电器K供电回路接通时，继电器K得电，触发对应的接触器k闭合；当变桨动作继电器K供电回路断开时，继电器K失电，触发对应的接触器k打开；当手操盒插入变桨柜对应位置时，手操盒位置开关M打开；当手操盒拔出变桨柜对应位置时，手操盒位置开关M闭合。

该风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁装置，同样可以实现风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁保护控制(电气控制的互锁控制)：

(1)初始状态时，三支桨叶均处于顺桨状态，顺桨位置开关S

(2)当操作人员手动将第j支桨叶控制柜控制模式由“自动运行模式”切换到“服务维护模式”后，变桨柜控制模式开关F

(3)变桨柜控制模式开关F

(3)由于变桨柜控制模式开关F

(4)变桨动作继电器K

(5)当第j支桨叶开桨后，桨叶j顺桨位置开关S

(6)顺桨位置开关S

(7)当完成第j支桨叶操作后，操作人员将第j支桨叶顺桨，并将第j支桨叶控制柜控制模式由“服务维护模式”切换到“自动运行模式”，此时变桨柜控制模式开关F

(8)当完成第j支桨叶操作后，操作人员忘记将第j支桨叶顺桨，此时当操作人员需要拔出桨叶手操盒进行下一支桨叶操作，第j支桨叶手操盒拔出时，此时手操盒位置开关M

(9)第j支桨叶顺桨完成后，顺桨位置开关Sj将闭合，此时三支桨叶均处于顺桨状态，回到初始状态。

三支桨叶均处于顺桨状态，顺桨位置开关S

初始状态时，三支桨叶均处于顺桨状态，三支桨叶顺桨位置开S

由于变桨柜控制模式开关F

由于此时桨叶1变桨控制回路中F

桨叶1开桨后，桨叶1顺桨位置开关S

当完成桨叶1操作后，无论操作人员是否手动将桨叶1收桨至顺桨位置，当操作人员拔出桨叶手操盒时，手操盒位置开关M

本发明风力发电机组变桨系统桨叶操作互锁方法及装置，实现了变桨系统桨叶操作互锁，可以保障系统桨叶操作的安全。在“服务维护模式”下，风机高速轴刹车一直处于投入状态，无法松闸。“服务维护模式”下，使用变桨手操盒对任何一支桨叶进行变桨操作时，其他两只桨叶必须处于顺桨位置，否则无法对该桨叶进行变桨操作(任意一支桨叶处于开桨状态时，另外两只桨叶无法实现开桨操作)。变桨手操盒从变桨控制柜内拔出后，桨叶应自动收桨至顺桨位置。本发明设计合理，实现方法简单，成本低，有利于操作维护安全。