张阳子
新疆风能有限责任公司 新疆省 830000
摘要：此前，国内最大的直驱式风力发电机制造商是新疆金风科技有限公司，其装机容量约为50GW，全球安装了31000台风机。当前，我国的风力发电发展迅速，有效控制了不可再生能源的使用。随着我国风力发电的发展，发生了许多安全事故和机组质量事故，给风电场的运行带来了一定的问题。风力涡轮机的运行环境相对复杂，主要位于沿海和北部，发电机组的位置远离城镇。在人烟稀少的地方，有必要研究发电机组的安全运行，及时发现和处理问题，以确保发电机组的持续稳定。
关键词：直驱风电机组；安全运行；全生命周期
随着煤炭和石油等传统能源的过度开发以及全球能源危机的时代，风能和太阳能等新能源越来越受到世界的关注。新能源不仅可以缓解能源危机，而且可以与传统能源相比。它更加环保，可以循环使用很长时间。风力发电是风能利用的一种重要形式，也是可再生能源中技术最成熟，发展规模最大，商业发展前景最广阔的项目之一。风力发电因其无污染，可再生和成熟的技术而受到青睐。当前，风电场运行管理和技术质量中存在一定的隐患安全隐患，对风机的安全运行产生一定的影响。本文研究和分析了直驱式风力发电机的安全运行和控制技术，提出了影响安全运行的问题的解决方案，保证了机组整个生命周期的安全运行，并促进了全球风力发电的快速发展。
1直接驱动单元的安全保护系统简介
在风机运行过程中，触发安全保护系统后，风机将迅速进入停机状态，并停止工作以确保风机的安全。单元的其他控制系统的功能将自动受到非安全保护系统的限制。只有卸下安全保护系统后，其他系统才能正常运行。在直接驱动单元的安全保护系统中，安全链的功能是在风力涡轮机出现严重故障或严重隐患时将其切换到安全状态(主要用于单元的紧急安全保护，停止本机的操作)。作为主控制系统的补充，当无法处理主控制时，安全链将取代主控制。因此，安全链必须具有以下特征：(1)安全链必须独立于主控制系统；(2)必须将其设计为逆逻辑控制，即故障保护；(3)动作迅速，具有最高水平的安全控制能力。可以触发风力涡轮机安全链的主要保护类型如下：(1)振动开关；(2)超速1；(3)超速2；(4)变桨安全链故障信号；(5)变流量安全链故障信号；(6)主控急停按钮；(7)机舱紧急停止按钮；(8)绞线开关；(9)PLC紧急停止信号
2直驱机组安全链控制系统原理介绍
2.0MW机组安全链是独立于机组PLC控制系统的硬件保护措施。采用逆逻辑设计将可能严重损坏风力发电机的故障节点分为两个安全链，即安全链环1(振动开关，超速1，超速2，变桨安全链故障信号，变量)。当前安全链故障信号)和安全链回路2(主控制紧急停止按钮，机舱紧急停止按钮，电缆扭曲开关，PLC紧急停止信号)。一旦节点之一起作用，相应的整个安全链回路将被切断，设备将进入紧急停机过程，变桨系统将执行羽状停机，并且主控制系统和变流器系统将被锁定。如果无法恢复故障节点，则无法实现整个单元的正常运行。这两个安全链之间的区别在于对偏航启用的影响。安全链回路2中节点的断开将导致偏航启用信号的丢失，安全链回路1中节点的断开将不会影响偏航启用信号。即使在发生振动，超速，变桨安全链故障和可变流量安全链故障之后，机组仍可以执行偏航操作，但是在以下情况发生后，主控制紧急停止，机舱紧急停止，扭力开关，PLC紧急停止发生时，仍然禁止偏航。为了防止极小概率事故中的叶轮飞行事故，采用了双安全链电路，并采用了自动侧风方案，以避免侧风偏航作用带来的风险。
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2.1变桨安全链系统介绍
变桨系统设计了两组紧急停机程序。相应地，需要设计两个独立的俯仰安全链系统。每个沥青安全链系统都分为外部安全链和内部安全链。变桨的第一条外部安全链由外部信号控制器和连接在每个机柜中的18K9继电器控制。如果外部信号消失，则任何机柜都可以通过18K9继电器的触点触发第一个紧急停机过程。同样，变桨距的第二个外部安全链由一个外部信号控制，并与每个机柜中的18K11继电器并联连接。如果外部信号消失，则任何机柜都可以通过18K11继电器的触点触发第二组紧急停机处理。变桨的第一条内部安全链是通过串联分布在每个机柜中的13K4继电器的触点形成的。当断开任何机柜中的13K4触点时，变桨系统将触发第一个紧急停机过程。类似地，通过串联分布在每个机柜中的13K10继电器的触点来形成间距的第二个内部安全链。当断开任何机柜中的13K10触点时，变桨系统将触发第二组紧急停机过程。
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2.2变流安全系统介绍
变流系统同样设计了安全链回路，将一些重要的检测节点(变流PLC故障、网侧控制器故障、机侧控制器1故障、机侧控制器2故障、制动控制器故障、变流器急停按钮、主控安全链)串到了安全链回路里，其中任一节点动作都会导致变流安全链回路断开，安全继电器失电，变流器执行停机控制。
3安全链中的各个节点及其动作原理
3.1双绞线开关
扭力电缆开关安装在机舱中的偏航扭力电缆计数器(凸轮计数器)中。在偏航扭力电缆计数器中安装了一个凸轮微动开关，可以根据凸轮和微触点之间的距离计算出当凸轮接触到触点时单元的偏航行程，因此偏航扭力电缆对策凸轮微动开关作为设备的双绞线的最后安全保护，连接到设备的安全链[3]。
3.2振动开关
振动开关监控设备机舱的振动摆动，并且是设备振动的最后保护。它的开关触点串联在设备的安全链电路中。常见的振动开关是摆式和锤式。摆式振动开关用于2.0MW机组。摆式振动开关由摆针和安装在微动开关上的重锤组成，重锤根据单元摆动幅度的保护值固定在摆针的适当位置[4]。当单元由于振动而剧烈振动时，摆锤会推动摆锤针头摆动，从而引起微动开关的动作，从而导致设备紧急或安全关闭。当设备重新启动时，摆锤必须返回到竖立位置。
3.3发电机超速1和超速2
使用2.0MW单元超速保护上的Overspeed模块来确定电动机速度是否超过设置的保护值。如果电动机速度超过设置的保护值，则模块将断开内部保护触点。接触信号串联在系统安全链中，这使得系统安全链动作单元可以保护停机，从而达到电动机超速保护的目的。
3.4紧急停止按钮
当设备发生异常或需要紧急停机时，可以按下紧急停止按钮以实现保护功能，并且在异常消失后可以松开该按钮。
4结束语
随着世界风力发电的飞速发展，风力涡轮机的安全性和可靠性也越来越高。希望涡轮机使用的设计和备件能够在涡轮机的整个生命周期中正常运行，并能够应对各种复杂的外部环境。提高设备部件的质量，避免在设备运行过程中批量损坏部件，否则可能会导致重大安全事故。
参考文献
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[2]高金芳．风力发电机的雷电绕击分析与防护[J]．丝路视野，2018(13)：133-133.
[3]陈振波．风力发电系统短路故障特征分析及对保护的影响探析讨论[J]．山东工业技术，2019(13)：180.
[4]王松，何山，王维庆，等．大型永磁风力发电机绕组短路主保护配置方案研究[J]．可再生能源，2018，36(6)：83-88.
[5]王旭东．风力发电机组运行安全及控制措施的探索[J]．商品与质量，2018(16)：228.