1、Vensys变桨系统简介变桨系统简介金风科技培训中心金风科技培训中心 12年年2月月 编编 订订 姬晓峰姬晓峰VensysVensys变桨系统简介变桨系统简介主要内容：主要内容：一、变桨系统的机械结构一、变桨系统的机械结构二、变桨系统的功能二、变桨系统的功能三、变桨系统的电气结构及控制原理三、变桨系统的电气结构及控制原理四、主要元件实物认知及功能原理四、主要元件实物认知及功能原理五、五、 变桨系统故障判断变桨系统故障判断六、变桨回路讲解六、变桨回路讲解通过本章你将了解到以下内容：通过本章你将了解到以下内容：1 1、了解系统的机械结构、了解系统的机械结构, ,及变桨系统的机械驱动方式及变桨系统的
2、机械驱动方式2 2、了解变桨系统的功能，变桨系统的控制策略、了解变桨系统的功能，变桨系统的控制策略3 3、了解变桨系统的电气结构，及各元件之间的连接与配合。、了解变桨系统的电气结构，及各元件之间的连接与配合。4 4、对主要元器件的实物认知，了解元件的原理及在变桨系统中的作用、对主要元器件的实物认知，了解元件的原理及在变桨系统中的作用5 5、对变桨系统故障进行判断，并对常见故障进行分析、对变桨系统故障进行判断，并对常见故障进行分析Vensys变桨系统简介变桨系统简介控制系统变桨电机通过变桨减速器驱动涨紧轮，涨紧变桨电机通过变桨减速器驱动涨紧轮，涨紧轮拉动齿形带，齿形带带动变桨盘完成叶片轮拉动齿形
3、带，齿形带带动变桨盘完成叶片的角度调整。的角度调整。二、变桨系统的功能二、变桨系统的功能 实现风力发电机组的变桨控制，在额定风速以上通过控制叶片桨叶角，使输出功率保实现风力发电机组的变桨控制，在额定风速以上通过控制叶片桨叶角，使输出功率保持在额定功率附近。在额定功率以下，保持叶片角度在最小桨叶角，使得风力发电持在额定功率附近。在额定功率以下，保持叶片角度在最小桨叶角，使得风力发电机处在最大吸收风能状态。停机时，调整桨叶角至停机位置（机处在最大吸收风能状态。停机时，调整桨叶角至停机位置（8787度），使风力发电度），使风力发电机组出于安全状态。机组出于安全状态。 变桨控制柜主电路采用交流变桨控制
4、柜主电路采用交流-直流直流-交流结构，由逆变器为变桨电机供电，变桨电机交流结构，由逆变器为变桨电机供电，变桨电机采用交流异步电机，变桨速率由变桨电机转速调节（通过逆变器改变供电的频率来采用交流异步电机，变桨速率由变桨电机转速调节（通过逆变器改变供电的频率来控制电机的转速）。控制电机的转速）。 每个叶片的变桨控制柜，都配备一套由超级电容组成的备用电源，超级电容储备的能每个叶片的变桨控制柜，都配备一套由超级电容组成的备用电源，超级电容储备的能量，在保证变桨控制柜内部电路正常工作的前提下，足以使叶片以量，在保证变桨控制柜内部电路正常工作的前提下，足以使叶片以7 7度度/s/s的速率，的速率，从从0
5、0度顺桨到度顺桨到9090度位置。当来自滑环的电源掉电时，备用电源直接为变桨系统供电度位置。当来自滑环的电源掉电时，备用电源直接为变桨系统供电，仍可保证整套边疆电控系统正常工作。当超级电容电压低于软件设定值，主控制，仍可保证整套边疆电控系统正常工作。当超级电容电压低于软件设定值，主控制器会控制机组停机。器会控制机组停机。 变桨机组的控制策略为：变桨机组的控制策略为：A A、额定风速以下通过控制发电机的转速使其跟踪风速，这样可以跟踪最优、额定风速以下通过控制发电机的转速使其跟踪风速，这样可以跟踪最优CpCp；额定风速以下阶段：要实现的主要目标就是让叶轮尽可能多的吸收风能。额定风速以下阶段：要实现
6、的主要目标就是让叶轮尽可能多的吸收风能。CpCp越大越大, ,吸收的风能越多。由于额定风速以下风速较小，因此，此时没有必要变桨，只需要此吸收的风能越多。由于额定风速以下风速较小，因此，此时没有必要变桨，只需要此时将叶片角度设置为规定的最小桨矩角。时将叶片角度设置为规定的最小桨矩角。B B、额定风速以上通过扭矩控制器及变桨控制器共同作用，使得功率、扭矩相对平稳；功率曲、额定风速以上通过扭矩控制器及变桨控制器共同作用，使得功率、扭矩相对平稳；功率曲线较好。线较好。额定风速以上阶段：变速控制器（扭矩控制器）和变桨控制器同时发挥作用。通过变速控制额定风速以上阶段：变速控制器（扭矩控制器）和变桨控制器同
7、时发挥作用。通过变速控制器器即控制发电机的扭矩使其恒定即控制发电机的扭矩使其恒定, ,从而恒定功率。通过变桨调整发电机的转速从而恒定功率。通过变桨调整发电机的转速, ,使得其始使得其始终跟踪转速设置点。终跟踪转速设置点。Vensys变桨系统简介变桨系统简介3.13.1变桨系统分布变桨系统分布结构结构VensysVensys变桨系统由三个柜子组成，每个变桨系统由三个柜子组成，每个柜子都是一套独立的控制系统，完成对柜子都是一套独立的控制系统，完成对单只叶片的角度控制与调节。主控发出单只叶片的角度控制与调节。主控发出的信号通过机舱柜，经过滑环，传到三的信号通过机舱柜，经过滑环，传到三个变桨柜。个变桨
8、柜。VensysVensys变桨系统简介变桨系统简介3.3.3 3变桨系统驱动原理变桨系统驱动原理变桨控制柜通过安装在电机尾部的旋转编码器来检测叶片所在的角度。变桨控制柜通过安装在电机尾部的旋转编码器来检测叶片所在的角度。分别安装在桨叶对应的分别安装在桨叶对应的8787度、度、5 5度接近开关，提供了附加的位置检测功能。安装在桨叶对度接近开关，提供了附加的位置检测功能。安装在桨叶对应应9292度的限位开关提供了当位置检测失效的情况下的安全保护功能。度的限位开关提供了当位置检测失效的情况下的安全保护功能。通过变桨逆变器通过变桨逆变器AC2AC2驱动变桨电机进行桨叶角度调整。驱动变桨电机进行桨叶角
9、度调整。直流开关电源直流开关电源NG5NG5将将400VAC400VAC转换为转换为60VDC60VDC，为超级电容充电同时为，为超级电容充电同时为24VDC24VDC电源供电。电源供电。3.43.4变桨控制流程图变桨控制流程图VensysVensys变桨系统动作方式分为：自动模式、手动模式、强制手动模式，现根据流程图对动变桨系统动作方式分为：自动模式、手动模式、强制手动模式，现根据流程图对动作模式进行说明。控制流程图如下：作模式进行说明。控制流程图如下：四、主要元件实物认知及功能原理四、主要元件实物认知及功能原理 4.1 4.1 变桨柜在轮毂中的安装变桨柜在轮毂中的安装4.2 4.2 变桨柜
10、内部布局变桨柜内部布局控制柜内部电源及控制检测部分控制柜内部电源及控制检测部分: :a.a. 开关电源开关电源(NG5)(NG5)b.b. 变桨变频器变桨变频器(AC2)(AC2)c.c. 超级电容超级电容d.d. A10A10自制模块自制模块e.e. BC3150BC3150及及beckoffbeckoff模块模块f.f. 温度检测（温度检测（PT100PT100）控制柜外部驱动及检测部分控制柜外部驱动及检测部分: :g. g. 变桨电机变桨电机h. h. 旋转编码器旋转编码器i. i. 温度检测（温度检测（PT100PT100）j. j. 0 0和和8787 接近开关及接近开关及9090限
11、位开关限位开关k. k. 滑环滑环4.3 4.3 变桨柜主要元器件变桨柜主要元器件 进口进口NG5NG5参数参数型号：型号：Zivan Battery Charger NG5Zivan Battery Charger NG5输入电压：输入电压：400VAC(+/-15%)400VAC(+/-15%)输出电压：输出电压：60VDC60VDC输出电流：输出电流：80ADC80ADC充电方式：间歇性充电，当电压低于充电方式：间歇性充电，当电压低于55V55V时时开始充电，超级电容电压达到开始充电，超级电容电压达到60V60V时停止充时停止充电。电。a.a.直流开关电源直流开关电源NG5NG5国产国产
12、NG5NG5参数：参数：型号：型号：JF-CHARGER-60V-80A-K,JF-CHARGER-60V-80A-K,JF-CHARGE-60V-80A-JJF-CHARGE-60V-80A-J输入电压：输入电压：400VAC400VAC（+/-15%+/-15%）输出电压：输出电压：60VDC60VDC输出电流：输出电流：80ADC80ADC充电方式：持续工作，电压维持充电方式：持续工作，电压维持60V60V。NG5NG5基本原理图基本原理图优点：优点：效率高；效率高；体积小；体积小；充电时间短；充电时间短；充电不受交流电源变化的约束；充电不受交流电源变化的约束；能够提供理想的充电曲线。能
13、够提供理想的充电曲线。 直流充电电源首先对三相直流充电电源首先对三相AC400VAC400V进行整流，获得进行整流，获得DC540VDC540V，随后通过，随后通过DC/DCDC/DC变换电路将变换电路将DC540VDC540V转换为所需要的工作电压，该工作电压是与超级电容的电压有关的。转换为所需要的工作电压，该工作电压是与超级电容的电压有关的。 直流充电器输出的信号分别为：充电器正常信号（直流充电器输出的信号分别为：充电器正常信号（NG5 OKNG5 OK信号）、充电器温度信号。充电信号）、充电器温度信号。充电正常信号为充电器给出的一个干触点，当充电器正常工作时，该触点闭合。如果充电器出现正
14、常信号为充电器给出的一个干触点，当充电器正常工作时，该触点闭合。如果充电器出现异常则该触点断开。充电器温度信号为由充电器引出的异常则该触点断开。充电器温度信号为由充电器引出的PT100PT100电阻信号。电阻信号。 在国产在国产VensysVensys变桨系统中仅使用了直流充电电源的正常工作指示信号，未使用温度信号。变桨系统中仅使用了直流充电电源的正常工作指示信号，未使用温度信号。IMS功率模块，功率模块，Flash内存，微处理器控制，内存，微处理器控制，Can Bus 型号：型号：Zapi AC-2电力电子器件：电力电子器件：MOSFET开关频率：开关频率：8kHz额定直流输入电压：额定直流
15、输入电压：60VDC最大输出电流：最大输出电流：450A b. b. AC-2AC-2异步电机用高频异步电机用高频 MOSFETMOSFET逆变器逆变器AC2AC2基本原理图基本原理图该设备的端子布局如图所示：该设备的端子布局如图所示：AC2AC2共有共有6 6个外部接口，变桨系统对其使用情况如下：个外部接口，变桨系统对其使用情况如下：端口端口A A：串行通信口，共有：串行通信口，共有8 8个针，使用个针，使用A3A3（PCLTXDPCLTXD）、）、A4A4（NCLTXDNCLTXD）两个针。输出信号是）两个针。输出信号是驱动器内部状态信号，用于指示驱动器当前的内部故障。驱动器内部状态信号，
16、用于指示驱动器当前的内部故障。端口端口B B：2 2个针，没有使用。个针，没有使用。端口端口C C：4 4个针，个针，CANCAN总线接口，没有使用。总线接口，没有使用。端口端口D D：6 6个针，增量型编码器接口，使用个针，增量型编码器接口，使用D3D3、D5D5，为旋转编码器送来的两路正交编码信号。，为旋转编码器送来的两路正交编码信号。端口端口E E：1414个针，个针，E1E1接入控制器送来的接入控制器送来的010V010V模拟量电压信号，此信号决定驱动器输出电压模拟量电压信号，此信号决定驱动器输出电压的频率，用于调速；的频率，用于调速；E2E2、E3E3两个针间串入两个针间串入5K5K
17、的电阻；的电阻；E12E12用来接收主控发出的手动向前变桨用来接收主控发出的手动向前变桨信号，信号，E13E13用来接收主控发出的手动向后变桨信号。用来接收主控发出的手动向后变桨信号。端口端口F F：1212个针，个针，F1F1为驱动器使能信号，此端口接入为驱动器使能信号，此端口接入60V60V电压后驱动器才能工作；电压后驱动器才能工作；F4F4为松闸为松闸信号，此端口接收到高电平后，会在端口信号，此端口接收到高电平后，会在端口F9F9（NBRAKENBRAKE）输出高电平，通过继电器控制变桨）输出高电平，通过继电器控制变桨电机内的电磁刹车；电机内的电磁刹车；F5F5（SAFETYSAFETY
18、）和）和F11F11（-BATT-BATT）短接；）短接；F6F6和和F12F12间串入变桨电机内部的间串入变桨电机内部的PTCPTC，用于测量电机温度。，用于测量电机温度。主控制器通过模拟主控制器通过模拟/ /数字数字 I/OI/O信号来控制驱动器动作和接收驱动器状态，两者之间并没有任何通信号来控制驱动器动作和接收驱动器状态，两者之间并没有任何通讯协议。讯协议。在在VensysVensys系统中系统中AC2AC2的动作详见表的动作详见表1 1型号：型号：4-BMOD2600-6额定电压：额定电压：60VDC总容量：总容量：125F总存储能量：总存储能量：150kJ四组串联四组串联单组电容电压
19、：单组电容电压：16VDC单组电容容量：单组电容容量：500F c. c. 变桨超级电容变桨超级电容均压板：均压方式为被动均压板：均压方式为被动60VDC60VDC输出正极输出正极保险：保险：300A短接线短接线60VDC60VDC输出负极输出负极 超级电容由四个模块串联组成。在电容模块间串联有一个超级电容由四个模块串联组成。在电容模块间串联有一个300A300A的熔断器。的熔断器。 超级电容模块的外壳是由耐磨损的铝合金冲压制成的，这样的电容是永久封装的，不需要超级电容模块的外壳是由耐磨损的铝合金冲压制成的，这样的电容是永久封装的，不需要维护。维护。 相比密封铅酸蓄电池作为备用电源的变桨系统，
20、采用超级电容的变桨控制系统具有下列优相比密封铅酸蓄电池作为备用电源的变桨系统，采用超级电容的变桨控制系统具有下列优点：点：a a、充电时间短；、充电时间短；b b、交流变直流的整流模块同时作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路；、交流变直流的整流模块同时作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路；c c、超级电容随使用年限的增加，容量减小的非常小；、超级电容随使用年限的增加，容量减小的非常小；d d、寿命长；、寿命长；e e、无须维护；、无须维护；f f、体积小，重量轻等优点；、体积小，重量轻等优点；g g、充电时产生的热量少。、充电时产生的热量少。VensysVensys变桨系统简介变桨系统
21、简介A10A10集成了超级电容电压检测，集成了超级电容电压检测，AC2AC2故障输出。故障输出。将取自超级电容的将取自超级电容的60V60V、30V30V直流电压信号、充电器的直流电流输出信号。经过信号处理，转换直流电压信号、充电器的直流电流输出信号。经过信号处理，转换成适合成适合BECKHOFFBECKHOFF双极性模拟输入模块允许输入范围内。双极性模拟输入模块允许输入范围内。AC2 OKAC2 OK信号经过信号经过A10 A10 光电隔离后，将信号传送给光电隔离后，将信号传送给PLCPLC模块。模块。基本原理图基本原理图AC2 OKAC2 OK信号信号超级电容高低压超级电容高低压NG5充电
22、电流充电电流BC3150KL1104KL1104KL1104KL2408KL3404KL5001KL3204KL4001KL9010 变桨控制柜中都有一个总线控制器变桨控制柜中都有一个总线控制器BC3150BC3150，它是每个变桨控制系统的核心，其内部，它是每个变桨控制系统的核心，其内部有变桨控制程序。此程序一方面负责变桨控制系统与主控制器之间的通信，另一方面负有变桨控制程序。此程序一方面负责变桨控制系统与主控制器之间的通信，另一方面负责变桨控制系统外围信号的采集处理和对变桨执行机构的控制。紧急状态下（例如变桨责变桨控制系统外围信号的采集处理和对变桨执行机构的控制。紧急状态下（例如变桨控制系
23、统突然失去供电或通信中断），三个变桨控制柜中的控制系统，可以分别利用各控制系统突然失去供电或通信中断），三个变桨控制柜中的控制系统，可以分别利用各自柜内超级电容存储的电能，分别对三个叶片实施自柜内超级电容存储的电能，分别对三个叶片实施9090度顺桨停机动作。度顺桨停机动作。e. e. BC3150BC3150及及beckoffbeckoff模块模块 KL5001 SSI KL5001 SSI 接口模块可直接连接接口模块可直接连接 SSI SSI 传感器。传感器电源由传感器。传感器电源由 SSI SSI 接口提供。接口电路接口提供。接口电路产生一个脉冲信号以读取传感器数据，读取的数据以字的形式传
24、送到控制器的过程映像区中。产生一个脉冲信号以读取传感器数据，读取的数据以字的形式传送到控制器的过程映像区中。各种操作模式、传输频率和内部位宽可以永久地保存在控制寄存器中。各种操作模式、传输频率和内部位宽可以永久地保存在控制寄存器中。 在在VensysVensys变桨系统中，用于为旋编提供电源，同时采集旋编角度信号变桨系统中，用于为旋编提供电源，同时采集旋编角度信号 KL4001 KL4001 模拟量输出模块可输出模拟量输出模块可输出 0 V 0 V 到到 10 V 10 V 范围的信号。该模块可为处理层提供分辨范围的信号。该模块可为处理层提供分辨率为率为 12 12 位的电气隔离信号。总线端子
25、的输出通道有一个公共接地电位端。位的电气隔离信号。总线端子的输出通道有一个公共接地电位端。KL4001KL4001是单通道型，是单通道型，适用于带有接地电位的电气隔离信号。它通过运行适用于带有接地电位的电气隔离信号。它通过运行 LED LED 显示端子与总线耦合器之间的数据交显示端子与总线耦合器之间的数据交换状态。换状态。 在在VensysVensys变桨系统中，以电压的形式，将主控设定的变桨速度传到变桨系统中，以电压的形式，将主控设定的变桨速度传到AC2AC2，控制叶片变桨角，控制叶片变桨角度。度。这种温度传感器是利用导这种温度传感器是利用导体铂（体铂（ptpt）的电阻值随温）的电阻值随温度
26、的变化而变化的特性来度的变化而变化的特性来测量温度的。通常这样的测量温度的。通常这样的温度传感器可以测量负温度传感器可以测量负200200到正到正500500摄氏度的范围，而摄氏度的范围，而且在这个温度范围下，铂且在这个温度范围下，铂的电阻值和温度具有良好的电阻值和温度具有良好的线性关系。的线性关系。在在VensysVensys变变桨系统中主要用于变桨电桨系统中主要用于变桨电机温度、柜体温度、机温度、柜体温度、NG5NG5温温度、超级电容温度测量。度、超级电容温度测量。f. f. 温度传感器温度传感器 （Pt 100Pt 100）PT100PT100分度表分度表在图表中，纵坐在图表中，纵坐标为
27、十分度，横标为十分度，横坐标为个分度。坐标为个分度。举例说明：当环举例说明：当环境温度为境温度为5757摄氏摄氏度时，对应度时，对应PT100PT100电阻为电阻为122.09122.09欧姆。欧姆。类型：类型：IM3001(3IM3001(3相笼型转子异步电机相笼型转子异步电机) )额定功率：额定功率：4.5kW4.5kW，1500rpm1500rpm，S2 60minS2 60min最大转矩：最大转矩：75Nm75Nm制动转矩：制动转矩：100Nm100Nm额定电压：额定电压：29V29V额定电流：额定电流：125A125A额定功率因数：额定功率因数：0.890.89绝缘等级：绝缘等级：F
28、 F转动惯量：转动惯量：0.0148kgm20.0148kgm2防护等级：防护等级：IP54IP54g. g. 变桨电机变桨电机 变桨电机采用交流异步电机，变桨速率由变桨电机转速调节（通过逆变器改变供电的频变桨电机采用交流异步电机，变桨速率由变桨电机转速调节（通过逆变器改变供电的频率来控制电机的转速）。相比采用直流电机调速的变桨控制系统，在保证调速性能的前提下，率来控制电机的转速）。相比采用直流电机调速的变桨控制系统，在保证调速性能的前提下，避免了直流电机存在碳刷容易磨损，维护工作量大、成本增加的缺点。避免了直流电机存在碳刷容易磨损，维护工作量大、成本增加的缺点。2525位分辨率，位分辨率，8
29、1928192脉冲脉冲/4096/4096圈圈格雷码或二进制码输出格雷码或二进制码输出自诊断功能自诊断功能电子清零电子清零可选组件：增量通道可选组件：增量通道A A，B B；h. h. 绝对式旋转编码器绝对式旋转编码器GM 400GM 400内部基本原理图内部基本原理图绝对位置从码盘上读取，在码盘上，每一位绝对位置从码盘上读取，在码盘上，每一位对应一个码道，每个数位编码器对应一个输对应一个码道，每个数位编码器对应一个输出电路，每一个通道都包含一个光源的接收出电路，每一个通道都包含一个光源的接收器，每圈器，每圈 (360(360) ) 读数完成后，将重复读数读数完成后，将重复读数输出。输出。i.
30、 i. 接近开关（接近开关（Bi5-M18-AP6X-H1141/S34Bi5-M18-AP6X-H1141/S34）外形：带螺纹的圆筒，外形：带螺纹的圆筒，M18M18材质：镀铬黄铜材质：镀铬黄铜EMCEMC特性：抗交流磁场和直特性：抗交流磁场和直流磁场干扰流磁场干扰电源：电源：3 3线直流连接，线直流连接，1030VDC1030VDC输出：常开输出：常开PNPPNP输出输出接口：连接头，接口：连接头，M12M12每个变桨柜需配套两个接近开关，接近开关分别安装在每个变桨柜需配套两个接近开关，接近开关分别安装在5 5度和度和8787度位置。度位置。最大电压400VAC持续电流5A最大开关频率1
31、00/min机械寿命-开关动作次数106工作温度-30+80oC标准执行机构形态C认证UL，CSA重量0.16kgj. j. 限位开关限位开关 每个变桨柜配套一个限位开关，限位开关安装在每个变桨柜配套一个限位开关，限位开关安装在9292度位置度位置VensysVensys变桨系统简介变桨系统简介左边插头为左边插头为400VAC400VAC电源电源中间插头为中间插头为Profibus DPProfibus DP现场总线现场总线右边插头为安全链右边插头为安全链滑环在轮毂滑环在轮毂里的安装里的安装主要技术参数主要技术参数振动速度：机舱加速度约为振动速度：机舱加速度约为0.3g0.3g。频率小于。频率
32、小于3Hz3Hz（机组运行时）。（机组运行时）。保护等级：保护等级：IP65IP65。闪电区域：轮毂内为闪电区域：轮毂内为1 1区防雷。区防雷。运行速度：运行速度：n=0r/min24.8r/minn=0r/min24.8r/min。平均速度：平均速度：n=17r/minn=17r/min。最大转速：最大转速：nmax=24.8r/minnmax=24.8r/min（短期速度）。（短期速度）。旋转方向：从滑环连接器法兰连接处看是顺时针旋转。旋转方向：从滑环连接器法兰连接处看是顺时针旋转。数据传输：数据传输：Profibus BAUD RateProfibus BAUD Rate：12MBaud
33、12MBaud。屏蔽通道：要求动力电缆的屏蔽层单独占用一通道，不能和屏蔽通道：要求动力电缆的屏蔽层单独占用一通道，不能和HartingHarting接头的接地混接接头的接地混接。五、变桨系统故障判断五、变桨系统故障判断变桨系统故障可分为以下几种变桨系统故障可分为以下几种: 变桨电机温度故障变桨电机温度故障 变桨电容温度故障变桨电容温度故障 变桨电容高电压故障变桨电容高电压故障 变桨电容电压不平衡变桨电容电压不平衡 变桨柜温度故障变桨柜温度故障 变桨变频器温度故障变桨变频器温度故障 变桨变频器变桨变频器OK信号丢失故障信号丢失故障 叶片位置比较故障叶片位置比较故障 变桨节点故障变桨节点故障Ven
34、sys变桨系统常见故障为：变桨安全链及故障字故障、变桨速度超限故障变桨系统常见故障为：变桨安全链及故障字故障、变桨速度超限故障旋转编码器数据溢出故障旋转编码器数据溢出故障变桨电源供应故障变桨电源供应故障变桨位置传感器故障变桨位置传感器故障 变桨位置传感器范围故障变桨位置传感器范围故障 变桨限位开关故障变桨限位开关故障变桨速度超限故障变桨速度超限故障 变桨速度比较故障变桨速度比较故障手动或强制手动变桨动作故障手动或强制手动变桨动作故障5.1 error_pitchV_error_code_3（变桨安全连及故障字故障）（变桨安全连及故障字故障）解释说明：当风机检测到解释说明：当风机检测到3#变桨柜
35、变桨柜“error_code2_pitchbox3的数值大于的数值大于0时，立即报此故障时，立即报此故障（0代表工作正常，凡大于代表工作正常，凡大于0的数都代表一种不正常的状态）。的数都代表一种不正常的状态）。金风金风1.5MW系列风力发电机组配套系列风力发电机组配套VENSYS变桨系统的变桨系统的F文件中，每个变桨柜对应两个故障字文件中，每个变桨柜对应两个故障字（error_code1和和error_code2）。三个变桨柜的故障字完全一致，选取）。三个变桨柜的故障字完全一致，选取3号变桨柜的故障字为号变桨柜的故障字为例进行说明。在例进行说明。在F文件中，文件中，3号变桨柜的两个故障字分别为
36、号变桨柜的两个故障字分别为error_code1_pitchbox3和和error_code2_pitchbox3需要借助计算器将整数转化为二进制进行分析。二进制格式下，每位需要借助计算器将整数转化为二进制进行分析。二进制格式下，每位的说明可参考的说明可参考金风金风1.5MW机组机组VENSYS变桨系统变桨系统F文件变桨故障代码说明文件变桨故障代码说明，或参考变桨程，或参考变桨程序。序。由故障文件可以看出由故障文件可以看出error_code2_pitchbox3=2560，即，即3#变桨柜存在故障。变桨柜存在故障。使用使用WINDOWS系统自带科学计算器，进行二进制转换：系统自带科学计算器，
37、进行二进制转换：2560（Dec）=1从右边第一位为零位开始向左计数，即从右边第一位为零位开始向左计数，即error_code2_9_pitch3=1和和error_code2_11_pitch3=1。现分别使用。现分别使用金风金风1.5MW机组机组VENSYS变桨系统变桨系统F文件变桨故障文件变桨故障代码说明代码说明和变桨程序对问题进行分析。和变桨程序对问题进行分析。A、查询、查询金风金风1.5MW机组机组VENSYS变桨系统变桨系统F文件变桨故障代码说明文件变桨故障代码说明由文件可以看出由文件可以看出error_code2_pitchbox3=2560表示故障内容为：表示故障内容为：1号桨
38、叶和号桨叶和2号桨叶间，角度号桨叶间，角度差值绝对值大于差值绝对值大于3.5度；度；2号桨叶和号桨叶和3号桨叶间，角度差值绝对值大于号桨叶间，角度差值绝对值大于3.5度。度。B、查询变桨程序、查询变桨程序由程序可以看出由程序可以看出error_code2_pitchbox3=2560表示故障内容为：主控程序计算出的角度，表示故障内容为：主控程序计算出的角度，1号桨叶和号桨叶和2号桨叶间，角度差值绝对值大于号桨叶间，角度差值绝对值大于3.5度；度；2号桨叶和号桨叶和3号桨叶间，角度差值绝对值大号桨叶间，角度差值绝对值大于于3.5度。度。通过以上分析，以后在处理变桨故障字故障时可通过以上两种途径获
39、得故障字的内容，根据通过以上分析，以后在处理变桨故障字故障时可通过以上两种途径获得故障字的内容，根据内容分析故障原因。内容分析故障原因。5.2 变桨速度超限（变桨速度超限（error_pitch_speed_limit）解释说明：解释说明：叶片即时变桨速度持续叶片即时变桨速度持续40ms大于大于10度度/秒，风机报此故障秒，风机报此故障1 可能原因：可能原因：a.旋转编码器受到干扰，内部器件损坏；旋转编码器受到干扰，内部器件损坏；b.旋转编码器插头出现松脱现象，导致接触不良；旋转编码器插头出现松脱现象，导致接触不良；c.由旋转编码器到由旋转编码器到KL5001的信号回来上出现接触不良问题，或的
40、信号回来上出现接触不良问题，或X3端子排出现问题；端子排出现问题；d.旋转编码器插头处的屏蔽层接触不良或未接触，致使干扰信号进入信号回路，数据出旋转编码器插头处的屏蔽层接触不良或未接触，致使干扰信号进入信号回路，数据出现跳变。现跳变。2 处理方法：处理方法：a.旋转编码器的插头及插头处的屏蔽层连接；旋转编码器的插头及插头处的屏蔽层连接；b.检查旋转编码器信号线到变桨柜出的哈丁插头的屏蔽层的连接；检查旋转编码器信号线到变桨柜出的哈丁插头的屏蔽层的连接；c.检查检查X3端子排上的接线及端子排上的接线及KL5001上的接线，并检查上的接线，并检查X3端子排的压敏电阻是否良好；端子排的压敏电阻是否良好
41、；d.若以上检查都良好，那么建议更换旋转编码器。若以上检查都良好，那么建议更换旋转编码器。3 故障文件分析故障文件分析a.打开故障文件打开故障文件F文件；查询文件中的文件；查询文件中的pitch speed故障说明块，如图：故障说明块，如图：b.查看故障文件可以看到变量查看故障文件可以看到变量error_pitch_speed_limit状态显示字为状态显示字为ON，并且为蓝色，表，并且为蓝色，表示变桨速度超限；变量示变桨速度超限；变量error_pitch_speed_limit_2状态显示字为状态显示字为ON，并且为蓝色，表示，并且为蓝色，表示2#变桨柜变桨速度超限。变桨柜变桨速度超限。故
42、障原因故障原因b文件中看，旋转编码器的数值出现跳变。文件中看，旋转编码器的数值出现跳变。根据上节提到的可能原因及处理步骤对机组进行检查处理。根据上节提到的可能原因及处理步骤对机组进行检查处理。至此变桨速度超限故障处理完毕。至此变桨速度超限故障处理完毕。六、变桨回路讲解六、变桨回路讲解6.1 6.1 超级电容和超级电容和NG5NG5回路回路变桨柜的电源由机舱通过滑环提供，进口处有一处防雷保护变桨柜的电源由机舱通过滑环提供，进口处有一处防雷保护R11R11。开关开关Q1Q1控制柜体控制柜体400VAC400VAC和和60CDC60CDC供电。供电。400VAC400VAC市电为变桨电机散热风扇市电
43、为变桨电机散热风扇M2M2、AC2AC2散热风扇散热风扇M3M3、柜体加热器、柜体加热器R0R0、NG5NG5供电。供电。变桨电机散热风扇有变桨电机散热风扇有AC2AC2控制，当变桨电机开始工作，电机散热风扇启动。控制，当变桨电机开始工作，电机散热风扇启动。国产国产VensysVensys变桨，当柜体变桨，当柜体Q1Q1闭合，闭合，AC2AC2散热风扇启动。散热风扇启动。加热器由控制器控制，当柜体温度低于加热器由控制器控制，当柜体温度低于4 4度时，控制器通过度时，控制器通过K5K5继电器启动加热器继电器启动加热器NG5NG5将交流将交流400VAC400VAC变成主流变成主流60VDC60V
44、DC，为超级电容、，为超级电容、AC2AC2及及24VDC24VDC直流模块供电。直流模块供电。NG5 OKNG5 OK信号用于反馈供电电源是否正常、内部是否正常。信号用于反馈供电电源是否正常、内部是否正常。国产变桨国产变桨NG5NG5温度传感器悬空。温度传感器悬空。超级电容组有四个单体电容超级电容组有四个单体电容C1C1、C2C2、C3C3、C4C4串联组成，作为变桨系统的备用电源。超级电容串联组成，作为变桨系统的备用电源。超级电容组回路装有组回路装有300A300A保险，位于保险，位于C1C1与与C2C2之间。从之间。从C3C3处和处和C1C1处各引出一根信号线用于超级电容高低压测处各引出
45、一根信号线用于超级电容高低压测量。量。6.2 AC2回路回路AC2AC2由由NG5NG5提供提供60VDC60VDC工作电压。工作电压。自动状态下，当空开自动状态下，当空开Q1Q1合上，限位开关未触发，合上，限位开关未触发，AC2 KEYAC2 KEY激活，激活，AC2AC2进入工作状态；同时进入工作状态；同时K9K9根根据需求可以对据需求可以对AC2AC2进行复位；进行复位；KEYKEY闭合后，对闭合后，对AC2AC2内部电容进行充电，同时用于检测内部电容进行充电，同时用于检测AC2AC2供电电源电供电电源电压，压，KEY ON/OFFKEY ON/OFF状态可对状态可对AC2AC2进行复位
46、。进行复位。S1S1旋钮开关（手动旋钮开关（手动/ /自动）用于手动状态下屏蔽限位开关信号。自动）用于手动状态下屏蔽限位开关信号。KL4001KL4001将主控发出的变桨速度信号通过将主控发出的变桨速度信号通过E1E1、2 2、3 3、4 4传给传给AC2AC2，AC2AC2根据此速度值驱动变桨电机。根据此速度值驱动变桨电机。ForwardForward信号端用于变桨模式的选择：自动、手动、急停。当选择自动时，变桨速度由主控控信号端用于变桨模式的选择：自动、手动、急停。当选择自动时，变桨速度由主控控制；当选择手动和急停时，变桨速度由制；当选择手动和急停时，变桨速度由AC2AC2内部控制器控制。
47、内部控制器控制。Backing BBacking B、Backing FBacking F信号端用于手动变桨时的电机运动方向的判断。信号端用于手动变桨时的电机运动方向的判断。ENC AENC A、ENC BENC B信号端为旋编的增量通道信号输入，用于反馈变桨速度。信号端为旋编的增量通道信号输入，用于反馈变桨速度。PCLTXDPCLTXD、NCLTXDNCLTXD信号端为信号端为AC2 OKAC2 OK信号反馈端，用于向主控反馈信号反馈端，用于向主控反馈AC2AC2的工作状态。的工作状态。当变桨电机被驱动时，当变桨电机被驱动时，AC2AC2同时会发出松闸信号，通过同时会发出松闸信号，通过K2K
48、2继电器控制电磁刹车和电机散热风扇。继电器控制电磁刹车和电机散热风扇。变桨电机的热敏保护将电机的温度信号反馈给变桨电机的热敏保护将电机的温度信号反馈给AC2AC2，用于电机的热保护。，用于电机的热保护。6.3 旋编回路旋编回路KL2408KL2408为为8 8通道数字量输出模块。通道通道数字量输出模块。通道1 1用于控制用于控制AC2AC2变桨状态的切换：手动、急停、正常；变桨状态的切换：手动、急停、正常；通道通道2 2控制控制K9K9继电器状态，用于对继电器状态，用于对AC2AC2进行手动复位复位，功能悬空；通道进行手动复位复位，功能悬空；通道3 3、通道、通道4 4用于手动变桨用于手动变桨
49、方向的控制；通道方向的控制；通道6 6控制控制K4K4继电器状态，用于反馈变桨安全链状态；通道继电器状态，用于反馈变桨安全链状态；通道7 7控制继电器控制继电器K5K5，用于启，用于启动加热器；通道动加热器；通道8 8控制控制K6K6状态，用于启动柜体散热风扇。状态，用于启动柜体散热风扇。KL5001KL5001为为SSISSI接口模块，用于驱动旋转编码器，同时采集旋转编码器反馈的角度信号。接口模块，用于驱动旋转编码器，同时采集旋转编码器反馈的角度信号。旋转编码器的增量通道为旋转编码器的增量通道为AC2AC2提供速度反馈；提供速度反馈；DV MTDV MT用于反馈旋编的工作状态，用于反馈旋编的
50、工作状态， LED或者感光或者感光器件导致故障发生，通过器件导致故障发生，通过DV输出端就可以显示出来。此外多圈传感器单元的电源受到监控。一输出端就可以显示出来。此外多圈传感器单元的电源受到监控。一旦电源电压低于指定的电压电平，旦电源电压低于指定的电压电平，DV MT输出端就被置位。这两个输出端都是低有效的，也就输出端就被置位。这两个输出端都是低有效的，也就是说在发生故障时被接到是说在发生故障时被接到GND；旋编清零端用于旋编的电气清零，需要清零时，此信号持续；旋编清零端用于旋编的电气清零，需要清零时，此信号持续3S提供提供24VDC完成清零，平时接地完成清零，平时接地 。6.4 安全链回路安
