專利名稱：風力發(fā)電機組的安全鏈系統及其故障快速識別方法
技術領域：
本發(fā)明具體涉及一種風力發(fā)電機組的安全鏈系統及其故障快速識別方法，屬于風力發(fā)電機組的安全技術領域。
背景技術：
風力發(fā)電機組控制系統安全鏈回路是獨立于控制系統中的控制器單元的。其作用是在機組設備出現重大故障時，可以脫離控制系統中的控制器單元而直接作用于機組制動系統，通過機組葉尖氣動剎車、機械剎車實現機組停機。保證機組設備的安全。機組安全鏈被觸發(fā)后即使觸發(fā)故障自動恢復也必須采用人工復位的方式復位安全鏈回路，否則機組無法啟動運行。風力發(fā)電機組安全鏈回路是機組控制系統控制器單元的最后后備保護措施，由于風電機組運行環(huán)境的惡劣，機組設備甚至于控制系統控制器均難免出現故障，導致控 制系統控制器保護實效，此時安全鏈回路將直接生效，所以安全鏈設計是各風電整機廠家控制系統的核心環(huán)節(jié)之一。目前常見的安全鏈設計模式有以下兩種( I)安全鏈保護接點“硬接線”串聯模式以關鍵設備配備的監(jiān)測設備保護接點用電纜串聯，并接入DC24V直流電源，形成安全鏈回路，正常情況下，回路上所有接點均處于閉合狀態(tài)，回路上任意一個接點斷開，該回路將失電，控制系統通過葉尖氣動剎車、機械剎車實現機組停機。采用此種方式實現的機組安全鏈回路電氣回路簡單，實現方便，因此被很多廠家采用。只是不同廠家安全鏈觸發(fā)保護對象、安全鏈觸發(fā)動作后制動系統投入方式有所差異。專利201010017128. 0就是以上模式的典型設計，其提出了一種單通道安全鏈結構。該安全系統包括電源、紐纜開關、振動保護開關、電網保護開關、變流器保護開關、機艙和塔座急停按鈕、分布式心跳監(jiān)視開關、轉速保護開關和安全繼電器。該安全系統將以上節(jié)點以常閉觸點的形式串聯成一條回路，當任何一點動作后，安全繼電器動作，控制系統執(zhí)行安全停機。(2)安全鏈保護接點經過安全繼電器(安全控制器)串聯模式采用安全鏈保護接點“硬接線”串聯模式的單回路安全鏈系統在極端情況下的確會存在因為保護接點粘連導致安全鏈回路在機組故障情況下無法有效斷開安全鏈，機組無法緊急停機，從而對機組安全運行造成極大隱患。因此，目前也有一些廠家使用安全繼電器(安全控制器)實現對機組重要設備的保護監(jiān)控，安全繼電器(安全控制器)具有多路接點輸入和輸出功能，這類安全繼電器(安全控制器)均采用通過歐洲安全認證標準的產品。同時安全繼電器(安全控制器)內部均包括CPU單元。CPU采用雙核方式以保障其本體安全可靠。根據不同廠家安全鏈回路保護觸發(fā)對象的差異以及制動系統投入模式，通過對安全繼電器(安全控制器)的編程，實現對安全鏈監(jiān)控對象的輸入監(jiān)控以及安全鏈輸出保護動作。專利201110050684. 2就是以上模式的典型設計，為達到克服現有單通道安全鏈系統出現故障后無法正常工作，影響機組發(fā)電效率的缺點，提出一種具有雙通道輸入輸出的安全鏈系統，以便對風機的極端情況做更嚴密的保護，特征在于，所述的安全鏈單元包括供電電源、安全繼電器、第一組安全觸點、第二組安全觸點、安全鏈復位按鈕和安全鏈輸出控制繼電器組；供電電源的輸出接入安全繼電器的電源端；第一組安全觸點和第二組安全觸點常閉的形式分別接入安全繼電器的兩個輸入通道(S21、S22、S31、S32);復位按鈕接入安全繼電器的復位端口(S33、S34);兩個安全鏈輸出控制繼電器組由兩個繼電器(2K1、2K2)組成，所述的兩個繼電器(2K1、2K2)的線圈并聯后分別接入安全繼電器的兩個輸出通道(13、14、23、24)。以上兩種模式在實際 應用中均存在一些不完備之處，采用安全鏈保護接點“硬接線”串聯模式的單回路安全鏈，除了如專利201110050684. 2中所描述的繼電器保護接點故障情況下造成保護接點粘連導致安全鏈回路在機組故障情況下無法有效斷開安全鏈以外，同時由于安全鏈回路接點全部串聯，在安全鏈觸發(fā)時，只要一個接點斷開，整個安全鏈回路全部同時斷開，主控系統無法快速識別首出故障原因，給故障排除和機組維護造成延誤，影響發(fā)電效率。采用安全繼電器(安全控制器)串聯模式，盡管通過歐洲安全標準認證的產品可靠性得到相當保證，但價格昂貴，外圍回路復雜，控制模式需要專業(yè)人員編程實現，這類安全繼電器普遍內部采用雙核CPU以保障其本體安全，但同樣存在極端情況故障，現場維護人員無法快速更換，需要整機廠家到場維護，從而影響機組恢復發(fā)電。同樣采用這種模式的安全鏈設計，安全(繼電器)控制器可以根據保護接點輸入狀態(tài)確定首出故障原因，但機組控制系統主控制器仍然無法快速有效獲取該信息，因此無法通過機組主控系統就地HMI或遠程監(jiān)控中心顯示，給現場故障排除和快速維護造成不便。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服現有技術中無法有效斷開安全鏈、主控系統無法快速識別首出故障原因，給故障排除和機組維護造成延誤，影響發(fā)電效率以及采用安全控制器(含CPU)價格昂貴，外圍回路復雜的問題。為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是一種風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于包括機組手動緊急停機按鈕模塊、安全繼電器、機組狀態(tài)獲取及安全鏈保護和反饋模塊、安全鏈供電電源和控制繼電器，所述機組手動緊急停機按鈕模塊與安全繼電器的輸入端相連接，構成安全鏈輔助回路，所述安全繼電器的輸出端、機組狀態(tài)獲取及安全鏈保護和反饋模塊、安全鏈供電電源和控制繼電器線包及其一副觸點(復位觸點)依次連接，構成主安全鏈回路。前述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于還包括分別與安全繼電器和控制繼電器的復位觸點相連接的兩個安全鏈復位模塊，所述安全鏈復位模塊包括塔基復位按鈕、機艙復位按鈕、上電復位按鈕、遠程監(jiān)控PLC復位按鈕和時間繼電器。前述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述上電復位按鈕為時間繼電器的觸點。前述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述機組手動緊急停機按鈕模塊包括并聯的機組塔基手動按鈕、機艙手動按鈕和遙控手柄手動按鈕，所述各按鈕均設有三副常閉接點，所述各按鈕的第一副常閉接點與第一安全繼電器的第一路輸入端首尾依次連接形成環(huán)路，所述各按鈕的第二副常閉接點與安全繼電器第二路輸入端首尾依次連接形成環(huán)路，所述各按鈕的第三副常閉接點分別與主控系統PLC的對應手動按鈕監(jiān)測輸入端相連接。前述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述機組狀態(tài)獲取及安全鏈保護和反饋模塊包括依次連接的機組振動獲取模塊、機組扭纜獲取模塊、兩組機組低速軸超速測量保護模塊、變槳系統故障接點、變流器故障接點、電網狀態(tài)測量保護模塊、主控系統PLC塔基/機艙通信模塊、主控系統變流/變槳通信模塊和主控系統PLC緊急停機輸出模塊，所述安全鏈供電電源位于變流器故障接點和電網狀態(tài)測量保護模塊之間。前述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述安全鏈供電電源為UPS直流電源，所述UPS直流電源還與主控系統PLC的電源監(jiān)測端相連接。前述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述控制繼電器還設有偏航電機控制觸點、變槳控制觸點和安全系統總反饋觸點，所述各觸點與偏航電機回路、變槳控制系統和安全系統相連接。一種風力發(fā)電機組的故障快速識別方法，其特征在于基于風力發(fā)電機組的安全鏈系統上的進行風力發(fā)電機組的故障快速識別方法，具體包括以下步驟，步驟(1)，利用主控系統PLC根據安全鏈狀態(tài)總反饋接點得到安全鏈回路的當前狀態(tài)；步驟(2)，若安全鏈回路的當前狀態(tài)出現異常，且將安全鏈斷開，得到主控系統PLC判斷安全鏈斷開的觸發(fā)原因，若安全鏈回路的當前狀態(tài)為正常工作狀態(tài)，則重復步驟
(1)，據安全鏈狀態(tài)總反饋獲取安全鏈回路的當前狀態(tài)；
步驟(3)，根據步驟(2)獲得的觸發(fā)原因，得出相對應狀態(tài)碼，并把狀態(tài)碼傳輸到HMI (中文)或遠程監(jiān)控中心顯示。前述的風力發(fā)電機組的故障快速識別方法，其特征在于所述步驟(2)安全鏈回路的當前狀態(tài)出現異常，安全鏈斷開，安全鏈斷開的發(fā)方式為至少兩個安全鏈保護模塊動作斷開安全鏈。前述的風力發(fā)電機組的故障快速識別方法，其特征在于所述步驟(2)主控系統PLC判斷安全鏈斷開的觸發(fā)原因的具體包括以下步驟，I)檢測安全鏈的狀態(tài)標志位包括依次檢測塔基急停按鈕、機艙急停按鈕、機艙手動遙柄、振動超限、扭纜極限、低速軸超速、變漿故障、變流故障、電網故障、變流或者變漿信息網絡故障、PLC的輸入輸出端口網絡故障和PLC緊急停機標志標志位；2)若上述任一的狀態(tài)標志位置為TRUE，則返回安全鏈斷開的觸發(fā)原因。本發(fā)明的有益效果是I、根據不同的安全鏈觸發(fā)對象，采用非智能性的安全繼電器(不含CPU)和常規(guī)繼電器通過“硬接線”串聯模式構建安全鏈回路，進而構成機組安全系統，本發(fā)明的安全系統完全獨立于機組主控系統，安全系統狀態(tài)能夠被主控系統有效監(jiān)測，其中對于同一個被保護對象，安全鏈回路采用冗余設計方式，至少有兩個相互獨立的安全鏈保護接點可以同時動作，從而可以更加有效的防范某一個設備對象保護繼電器接點輸出粘連導致安全鏈失效的狀態(tài)產生。2、由于采用非智能性的安全繼電器，造價和維護成本極大降低，回路設計簡單，安全鏈回路的狀態(tài)以及所有導致安全鏈觸發(fā)動作的條件均能夠被主控系統有效監(jiān)測。3、通過機組控制系統就地HMI以及遠程監(jiān)控中心可以顯示觸發(fā)事件，極大地縮短了現場維護時間。在機組安全鏈被觸發(fā)后，安全鏈可以給出緊急制動停機信號，保證機組制動系統緊急停機，同時切斷偏航電機供電，并在機組安全鏈被觸發(fā)后，采用有效的安全鏈復位模塊，保證安全鏈回路在可控制的前提下復位。
4、本發(fā)明同時支持上電時的自動復位和運行中的手動復位兩種模式，防止機組在不安全的情況下重新進入運行狀態(tài)。5、本發(fā)明實施簡單、監(jiān)測有效、成本低廉，同時采用多層次的保護模式保護了安全系統本質的安全。


圖I是本發(fā)明的風力發(fā)電機組的安全鏈系統的系統框圖。圖2是本發(fā)明的主控制系統的系統框圖。圖3是本發(fā)明的安全鏈觸發(fā)條件快速識別的流程圖。
具體實施例方式下面將結合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步說明。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。如圖I及圖2所示，一種風力發(fā)電機組的安全鏈系統，包括機組手動緊急停機按鈕模塊、安全繼電器、機組狀態(tài)獲取及安全鏈保護和反饋模塊、安全鏈供電電源和控制繼電器，機組手動緊急停機按鈕模塊與安全繼電器的輸入端相連接，構成安全鏈輔助回路，安全繼電器的輸出端、機組狀態(tài)獲取及安全鏈保護和反饋模塊、安全鏈供電電源和控制繼電器(線包及復位觸點)依次連接，構成安全鏈主回路，其中機組手動緊急停機按鈕模塊包括塔基手動按鈕Tl、機艙手動按鈕T2和遙控手柄手動按鈕T3，此三按鈕采用紅色急停自保持常閉按鈕開關(蘑菇頭)，該按鈕開關具有三路聯動接點。當按鈕被拔出后，其三路聯動接點同時從“閉合”狀態(tài)變?yōu)椤皵嚅_”狀態(tài)，各按鈕的第一副接點、第二副接點與安全繼電器Rl的第一路輸入、第二路輸入點首尾相連構成安全繼電器Rl的輸入回路，各按鈕的第三副接點分別反饋給機組控制器PLC的DI輸入通道進行監(jiān)測，安全繼電器Rl為不含CPU的安全型繼電器。(可以選用德國Pilz公司GmbH&Co. KGPN0Z-S4安全繼電器)，該繼電器具有雙通道輸入，復位方式采用手動復位方式。當三個手動緊急停機按鈕中的任意一個被拔出后(動作)，其三副聯動接點同時被斷開，安全繼電器Rl輸入回路被斷開，安全繼電器Rl的輸出端Kl. 1-K1.2斷開。同時機組控制器PLC通過反饋接點監(jiān)測到該動作，此時同時斷開自己的安全鏈接點KlI，主控制系統能夠通過就地HMI和遠程監(jiān)控中心顯示安全鏈觸發(fā)發(fā)生的原因，安全鏈供電電源采用DC24V直流電源，直流電源通過機組內部AC220V交流電壓經過AC/DC電源轉換模塊和24VUPS直流電源，不間斷電源給安全鏈回路供電，保證了安全鏈回路供電電壓的可靠。本發(fā)明的風力發(fā)電機組的安全鏈系統還包括分別與安全繼電器和控制繼電器的復位觸點相連接的兩個安全鏈復位模塊，所述安全鏈復位模塊包括塔基復位按鈕、機艙復位按鈕、上電復位按鈕和遠程監(jiān)控PLC復位按鈕，由于機組安全鏈系統涉及機組重要設備保護，因此安全鏈觸發(fā)動作后，在觸發(fā)事件消除后，需要通過手動復位的方式復位安全鏈系統，機組才可以重新進入運行狀態(tài)。一般復位的方式有塔基復位按鈕、機艙復位按鈕和PLC上電復位按鈕。在某些應用場合，也可以通過遠程監(jiān)控PLC復位按鈕發(fā)送通信指令PLC遠程復位安全鏈。其中機組狀態(tài)獲取及安全鏈保護和反饋模塊包括依次連接的機組振動獲取模塊、機組扭纜獲取模塊、機組低速軸超速測量保護模塊、變槳系統故障模塊、變流器故障模塊、電網狀態(tài)測量保護模塊、主控系統PLC塔基/機艙通信模塊、主控系統變流/變槳通信模塊和主控系統PLC緊急停機輸出模塊。機組振動獲取模塊的機組振動狀態(tài)分別通過機械振動開關和振動傳感器獲取，機械振動開關的限位保護接點K2 (常閉)串聯接入機組的安全鏈主回路，振動傳感器測量值通過主控制系統PLC進行測量。振動超限時，機械振動開關限位保護接點K2斷開，同時PLC測量的振動傳感器值超限，PLC控制邏輯保護動作將安全鏈主回路的主控系統PLC緊急停機輸出模塊的安全鏈接地點Kll斷開，能夠保證振動超限時安全鏈回路有兩個接點同時斷開安全鏈主回路。安全鏈觸發(fā)原因同時被獲取并顯示。在機組振動恢復到安全范圍以內時，機械振動開關保護接點K2自動恢復閉合。PLC測量的振動傳感器值恢復正常，PLC控制邏輯保護動作將安全鏈接點Kll閉合。 機組扭纜獲取模塊分別通過機械限位開關和機組偏航角度傳感器獲取。機械限位開關反應了機組順時針和逆時針扭纜的狀態(tài)。由于機組運行中不存在同時觸發(fā)順時針扭纜和逆時針扭纜的狀態(tài)，因此限位開關的順時針和逆時針扭纜保護接點(常閉)就地串聯后接入安全鏈主回路的常規(guī)繼電器K3輸入端，該常規(guī)繼電器K3輸出接點串聯接入安全鏈主回路。K3輸出輔助接點反饋接入主控制PLC系統。當機組出現扭纜狀態(tài)并達到極限值時，K3輸出接點斷開安全鏈回路，主控制PLC系統通過K3輸出輔助接點得到該狀態(tài)并被顯示。機組偏航角度傳感器輸出到PLC模擬量輸入通道Al，控制系統監(jiān)測該傳感器的數值，在機組達到扭纜限值時，PLC可以同時斷開安全鏈主回路的主控系統PLC緊急停機輸出模塊的安全鏈接地點K11，能夠保證機組扭纜時安全鏈主回路有兩個接點同時斷開安全鏈。在機組扭纜狀態(tài)被恢復后，機械限位開關恢復“閉合”狀態(tài)。同時機組偏航角度傳感器數值恢復正常。K3、Kll恢復“閉合”。機組低速軸超速測量保護模塊采用編碼器采集并通過滑環(huán)送到轉速測量保護模塊，轉速測量保護模塊能夠冗余測量滑環(huán)傳遞的編碼器兩個轉速測量通道值，轉速測量保護模塊還能夠冗余配置，通過兩組機組低速軸超速測量保護模塊分別測量冗余傳送的兩個轉速信號，也可以通過一個轉速測量保護模塊的兩個通道分別測量兩個轉速信號。轉速保護模塊可以直接測量轉速值，在轉速超限時通過模塊上的保護繼電器觸發(fā)安全鏈動作接點K4、K5。同時轉速模塊測量的轉速值通過通信方式傳遞給主控制PLC系統，在轉速超限時，主控制PLC系統可以同時觸發(fā)主控系統PLC緊急停機輸出模塊的安全鏈接地點Kll端開，能夠保證低速軸轉速超限時安全鏈回路有兩個接點同時斷開安全鏈，安全鏈觸發(fā)原因同時被獲取并顯示。轉速保護模塊的保護接點為“常開”接點。轉速只有在允許范圍內時，該模塊置位保護接點為“閉合”。這樣即使模塊出現故障，該保護接點也為“常開”狀態(tài)。從而保證了安全鏈本體的可靠。轉速恢復正常后，上述安全鏈接點將重新閉合。變槳系統故障模塊通過機組主控制PLC系統和變槳系統通信模塊獲得，若變槳系統出現故障時，其安全鏈接點K6將斷開，機組主控系統PLC緊急停機輸出模塊的安全鏈接點Kll同時跳開安全鏈主回路，主控制PLC系統通過通信模塊反饋的信息獲得故障狀態(tài)，故障被排除后，上述安全鏈接點將重新閉合。
變流器故障模塊通過機組主控制PLC系統和變流器通信模塊獲得，變流器出現故障時，其安全鏈接點K7將斷開，機組主控系統PLC緊急停機輸出模塊的安全鏈接點Kll同時跳開安全鏈主回路，主控系統通過通信模塊反饋的信息獲得故障狀態(tài)。變流器故障被排除后，上述安全鏈接點將重新閉合。電網狀態(tài)測量保護模塊，機組通過塔基外的AC690V/35kV變壓器饋入電網，同時機組也從該變壓器受電以保障自身工作電源。電網狀態(tài)關系到機組能否進行并網出力和機組設備可靠工作。電網狀態(tài)可以通過機組變流器和主控系統電量測量與保護模塊獲得。電網出現異常時，(例如過電壓、低電壓、三相不平衡等)變流器和電量測量保護模塊可以分別斷開其安全鏈接點K7、K8，機組主控系統PLC緊急停機輸出模塊的安全鏈接點Kll同時跳開安全鏈主回路。在電網故障發(fā)生時，主控系統可以通過通信方式從變流器和電量測量保護模塊得到電網異常狀態(tài)值。電網故障時，機組供電回路將被切斷，但主控系統、變流器均具有ups直流電源不間斷電源供電，可以在交流電路失電的情況下快速停機并將狀態(tài)保存。電網恢復正常后，上述安全鏈接點將重新閉合。機組主控系統和變流器、變槳系統通過通信方式傳遞信息，常見的通信方式有PROFIBUS DP或CAN0PEN。主控系統一般作為通信主站或管理接點，變流器和變槳系統作為從站。通信鏈路發(fā)生異常時，機組將處于不安全狀態(tài)，需要觸發(fā)安全鏈回路緊急停機。常規(guī)的通信鏈路監(jiān)測是在主控系統和變流器、變槳系統通信報文中采用一個狀態(tài)字信息。該信息以固定時間變化(一般為20 50ms間隔統稱心跳脈沖),主控系統和變槳系統,主控系統和變流器相互之間監(jiān)測對方的心跳脈沖。當該脈沖超時間不變化時，說明通信鏈路異常。并斷開各自的安全鏈接點。本發(fā)明采用機組主控制PLC系統的第三方設備通信模塊實現主控系統和變流器、變槳系統的通信信息交互，同時第三方通信模塊和PLC控制器CPU采用內部通信模式交互信息。第三方設備通信模塊自身具有CPU以及安全鏈觸發(fā)接點K10，在通信鏈路異常時，第三方設備通信模塊安全鏈觸發(fā)接點KlO將斷開，同時主控系統CPU從該模塊得到的變流器、變槳系統的心跳狀態(tài)字也不再變化，從而觸發(fā)主控系統PLC安全鏈接點Kll觸發(fā)斷開。同時變流器、變槳系統相應的安全鏈接點K6、K7也將斷開。故障恢復后，上述安全鏈接點將重新閉合。第三方設備通信模塊和PLC CPU之間相互傳遞各自心跳信息。在第三方設備通信模塊自身故障時，其安全鏈觸發(fā)接點KlO和安全鏈接點Kll均將斷開，同時機組主控制PLC系統將獲取該信息。機組主控系統包括塔基控制柜和機艙控制柜，主控系統PLC的CPU模塊通常安裝在塔基控制柜，塔基和機艙PLC的I/O模塊之間通過內部通信總線傳遞信息。通信鏈路發(fā)生異常時，機組將處于不安全狀態(tài)，需要觸發(fā)安全鏈回路緊急停機。常規(guī)的方式是控制器CPU直接判斷內部總線通信狀態(tài)。在出現異常時，由PLC安全鏈接點Kll觸發(fā)斷開安全鏈。采用主控系統塔基/機艙通信模塊實現塔基和機艙控制柜之間的信息交互，同時該模塊安裝在塔基控制柜，和PLC CPU之間相互采用內部并行總線交換信息。通信模塊自己具有CPU以及安全鏈觸發(fā)接點K9。通信鏈路發(fā)生異常時，通信模塊K9觸發(fā)安全鏈斷開，同時內部并行總線將異常狀態(tài)信息傳遞給PLC CPU。PLC CPU獲得該信息后同時斷開自己的安全鏈接點K11。同時通信模塊和PLC CPU之間相互傳遞各自心跳信息。在通信模塊自身故障時，其安全鏈觸發(fā)接點K9和主控系統PLC安全鏈接點Kll均將斷開，同時主控系統PLC將獲取該、信息。綜上所述,對于安全鏈的所有保護對象,其中任意一個對象達到安全鏈觸發(fā)條件時，安全鏈保證至少有兩處接點斷開安全鏈，從而可以更加有效的防范某一個設備對象保護繼電器接點輸出粘連導致安全鏈失效的狀態(tài)產生。主控系統PLC上電后，在所有涉及安全鏈保護對象均正常的情況下閉合自己的安全鏈輸出接點。運行過程中，CPU內部產生看門狗“心跳”脈沖。該“心跳”脈沖同時被通信模塊和第三方設備通信模塊所獲取，在CPU運行異常時，心跳變化停止，安全鏈接點Kll以及通信模塊安全鏈接點K9、第三方設備通信模塊安全鏈接點KlO均斷開。安全鏈動作。同時，主控系統就地HMI和遠程監(jiān)控中心均失去和主控系統PLC的通信連接，狀態(tài)將被顯示。所述控制繼電器R2至少具有4個輸出觸點，包括偏航電機控制觸點、變槳控制觸點和安全系統總反饋觸點，所述各觸點與偏航電機回路、變槳控制系統和安全系統相連接。其一副接點R2. I也串入安全鏈主回路。在安全鏈閉合時，R2繼電器線包受電，通過其輸出接點R2. 2反饋給變槳系統，R2. 4反饋給主控系統控制器PLC，變槳系統在得到安全鏈斷開反饋信號時，進入空氣動力剎車流程。主控系統通過反饋信號獲得主安全鏈回路閉合/斷開狀態(tài)。本發(fā)明采用的塔基復位按鈕、機艙復位按鈕、上電復位按鈕、遠程監(jiān)控PLC復位按鈕、安全繼電器Rl和控制繼電器R2等構成安全鏈復位系統，具體操作如下系統初次上電時，安全鏈各環(huán)節(jié)需要初始化時間，在設備就緒的前提下，除安全繼電器R1、R2以外的安全鏈接點均閉合。此時所有手動緊急停止按鈕均處于閉合狀態(tài)。上電后，時間繼電器R3經過延遲時間其接點閉合。此時，安全繼電器Rl的復位端RSl得到閉合復位信號，輸出接點Kl. 1-1. 2閉合；同時，安全繼電器R2的R2. I接點處被時間繼電器R3的輸出接點短路閉合，整個安全鏈回路被接通。在時間繼電器R3經過閉合時間重新斷開后，整個安全鏈回路仍然處于閉合狀態(tài)，控制繼電器R2的線包和觸點R2. I構成自保持電路。在機組運行過程中，當安全鏈相關機組設備觸發(fā)條件發(fā)生時，安全鏈被斷開。此時控制繼電器R2的線包失電，R2. I觸點同時被斷開，在觸發(fā)事件消除后，該事件對應的安全鏈接點將重新恢復閉合。但由于此時控制繼電器R2的觸點R2. I尚未被閉合，安全鏈回路仍然不能完全閉合。在任意一個手動安全鏈復位按鈕被按下后，安全鏈回路R2. I的接點處被接通，控制繼電器R2的線包得電，安全鏈回路完全閉合。同樣，手動緊急停機按鈕被拔出后，安全繼電器Rl的Kl. 1-1. 2接點斷開，安全鏈回路斷開，控制繼電器R2的線包失電，R2. I觸點同時被斷開。在手動停機按鈕被重新按下后，在任意一個手動安全鏈復位按鈕被按下后，安全繼電器Rl的復位端被復位，輸出的Kl. 1-1. 2接點被閉合，安全鏈回路R2. I接點處被接通，控制繼電器R2的線包得電，安全鏈回路完全閉合。在這個過程中，因為機組的電源始終存在，時間繼電器R3沒有失電，所以時間繼電器R3觸點始終處于閉合狀態(tài)。如上所述，本發(fā)明同時保證了兩種復位模式，即上電自動復位和運行中的手動復位兩種復位模式。安全鏈回路被觸發(fā)斷開后，控制繼電器R2的輸出接點R2. 2斷開偏航電機供電，R2. 3反饋給變槳系統，變槳系統空氣動力剎車，R2. 4反饋給機組主控系統控制器PLC，PLC在空氣剎車制動轉速下降到安全區(qū)域后，投入轉子機械剎車，這樣整個機組被有效停機。如圖2所示的安全鏈監(jiān)控對象均分別均通過PLC的I/O模塊或通信接入PLC，其中監(jiān)控對象的狀態(tài)為變量。如圖3所示，一種風力發(fā)電機組的故障快速識別方法，其特征在于基于風力發(fā)電機組的安全鏈系統上的進行風力發(fā)電機組的故障快速識別方法，具體包括以下步驟第一步，利用主控系統PLC根據安全鏈狀態(tài)總反饋接點得到安全鏈回路的當前狀態(tài)；第二步，若安全鏈回路的當前狀態(tài)出現異常，且將安全鏈斷開，得到主控系統PLC判斷安全鏈斷開的觸發(fā)原因，若安全鏈回路的當前狀態(tài)為正常工作狀態(tài)，則重復第一步，據安全鏈狀態(tài)總反饋獲取安全鏈回路的當前狀態(tài)；第三步，根據第二步獲得的觸發(fā)原因，得出相對應狀態(tài)碼，并把狀態(tài)碼傳輸到HMI(中文)或遠程監(jiān)控中心顯示。
其中所述第二步安全鏈回路的當前狀態(tài)出現異常，安全鏈斷開，安全鏈斷開的發(fā)方式為至少兩個安全鏈保護模塊動作斷開安全鏈。所述第二步主控系統PLC判斷安全鏈斷開的觸發(fā)原因的具體包括以下步驟，I)檢測安全鏈的狀態(tài)標志位包括依次檢測塔基急停按鈕、機艙急停按鈕、機艙手動遙柄、振動超限、扭纜極限、低速軸超速、變漿故障、變流故障、電網故障、變流或者變漿信息網絡故障、PLC的輸入輸出端口網絡故障和PLC緊急停機的標志標志位；2)若上述任一的狀態(tài)標志位置為TRUE，則返回安全鏈斷開的觸發(fā)原因。下表I為安全鏈觸發(fā)“首出”條件判斷功能塊FB_FST_0UT的邏輯說明如下
—
權利要求
1.風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于包括機組手動緊急停機按鈕模塊、安全繼電器、機組狀態(tài)獲取及安全鏈保護和反饋模塊、安全鏈供電電源、和控制繼電器，所述機組手動緊急停機按鈕模塊與安全繼電器的輸入端相連接，構成安全鏈輔助回路，所述安全繼電器的輸出端、機組狀態(tài)獲取及安全鏈保護和反饋模塊、安全鏈供電電源和控制繼電器依次連接，構成安全鏈主回路。
2.根據權利要求I所述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于還包括分別與安全繼電器和控制繼電器的復位觸點相連接的兩個安全鏈復位模塊，所述安全鏈復位模塊包括塔基復位按鈕、機艙復位按鈕、上電復位按鈕、遠程監(jiān)控PLC復位按鈕和時間繼電器。
3.根據權利要求I或2所述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述上電復位按鈕為時間繼電器的觸點。
4.根據權利要求I或2所述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述機組手動緊急停機按鈕模塊包括并聯的機組塔基手動按鈕、機艙手動按鈕和遙控手柄手動按鈕，所述各按鈕均設有三副常閉接點，所述各按鈕的第一副常閉接點與安全繼電器的第一路輸入端首尾依次連接形成環(huán)路，所述各按鈕的第二副常閉接點與安全繼電器第二路輸入端首尾依次連接形成環(huán)路，所述各按鈕的第三副常閉接點分別與主控系統PLC的對應手動按鈕監(jiān)測輸入端相連接。
5.根據權利要求I或2所述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述機組狀態(tài)獲取及安全鏈保護和反饋模塊包括依次連接的機組振動獲取模塊、機組扭纜獲取模塊、兩組機組低速軸超速測量保護模塊、變槳系統故障模塊、變流器故障模塊、電網狀態(tài)測量保護模塊、主控系統PLC塔基/機艙通信模塊、主控系統變流/變槳通信模塊和主控系統PLC緊急停機輸出模塊，所述安全鏈供電電源位于變流器故障接點和電網狀態(tài)測量保護模塊之間。
6.根據權利要求5所述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述安全鏈供電電源為UPS直流電源，所述UPS直流電源還與主控系統PLC的電源監(jiān)測端相連接。
7.根據權利要求I或2所述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述控制繼電器還設有偏航電機控制觸點、變槳控制觸點和安全系統總反饋觸點，所述各觸點與偏航電機回路、變槳控制系統和主控系統PLC相連接。
8.根據權利要求I或2所述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述控制繼電器還設有安全鏈輸出觸點，所述安全鏈輸出觸點和所述控制繼電器的線包均接入安全鏈回路，并構成安全鏈主回路自保持狀態(tài)。
9.根據權利要求I或2所述的風力發(fā)電機組的安全鏈系統，其特征在于所述安全繼電器為非智能性的安全繼電器，所述控制繼電器為具有四副觸點輸出的繼電器。
10.風力發(fā)電機組的故障快速識別方法，其特征在于基于風力發(fā)電機組的安全鏈系統上的進行風力發(fā)電機組的故障快速識別方法，具體包括以下步驟 步驟(I )，利用主控系統PLC根據安全鏈狀態(tài)總反饋接點得到安全鏈回路的當前狀態(tài)； 步驟(2)，若安全鏈回路的當前狀態(tài)出現異常，且將安全鏈斷開，得到主控系統PLC判斷安全鏈斷開的觸發(fā)原因，若安全鏈回路的當前狀態(tài)為正常工作狀態(tài)，則重復步驟(1)，據安全鏈狀態(tài)總反饋獲取安全鏈回路的當前狀態(tài)； 步驟(3)，根據步驟(2)獲得的觸發(fā)原因，得出相對應狀態(tài)碼，并把狀態(tài)碼傳輸到HMI(中文)或遠程監(jiān)控中心顯示。
11.根據權利要10所述的風力發(fā)電機組的故障快速識別方法，其特征在于所述步驟(2)安全鏈回路的當前狀態(tài)出現異常，安全鏈斷開，安全鏈斷開的發(fā)方式為至少兩個安全鏈保護模塊動作斷開安全鏈。
12.根據權利要10所述的風力發(fā)電機組的故障快速識別方法，其特征在于所述步驟(2)主控系統PLC判斷安全鏈斷開的觸發(fā)原因的具體包括以下步驟， 1)檢測安全鏈的狀態(tài)標志位 包括依次檢測塔基急停按鈕、機艙急停按鈕、機艙手動遙柄、振動超限、扭纜極限、低速軸超速、變漿故障、變流故障、電網故障、變流或者變漿信息網絡故障、PLC的輸入輸出端口網絡故障和PLC緊急停機標志標志位； 2)若上述任一的狀態(tài)標志位置為TRUE，則返回安全鏈斷開的觸發(fā)原因。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風力發(fā)電機組的安全鏈系統及其故障快速識別方法，根據不同的安全鏈觸發(fā)對象，采用非智能性的安全繼電器和常規(guī)繼電器通過“硬接線”串聯模式構建安全鏈回路，進而構成機組安全系統，并對安全系統的狀態(tài)進行有效監(jiān)測，對于同一個被保護對象，安全鏈回路采用冗余設計方式，至少有兩個相互獨立的安全鏈保護接點可以同時動作，從而可以更加有效的防范某一個設備對象保護繼電器接點輸出粘連導致安全鏈失效的狀態(tài)產生。本發(fā)明實施簡單、監(jiān)測有效、成本低廉，同時采用多層次的保護模式保護了風力發(fā)電機組的安全鏈系統的安全可靠性。
文檔編號F03D7/00GK102748215SQ20121024159
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權日2012年7月12日
發(fā)明者吳宏, 師毓佳, 楊衛(wèi)民, 沙玉婷, 王榮興, 詹熙, 馬文龍 申請人:國電南京自動化股份有限公司