2.2--金风1.5兆瓦风力发电机组测量传感器与模块

五、风速、风向测量用传感器与模块
测量范围 精确度 分辨率 起始值 输出
应用范围 电源
风向标
风速仪
0~360° <±2%
5.6° < 0.7 °
0.7～50m/s ±2%FS
< 0.02 m/s < 0.7 m/s
0(4)...20 mA = 0..360°最大：负载： 0(4)...20 mA = 0...50 m/s最大负
四、 角度测量用传感器与模块
堡盟GM400基本结构原理
光电-ASIC 脉冲盘 透镜
磁铁
传感器
N
锂电池 ASIC
LED
轴 cw/ccw,
零位设置, 电池 检测
数据
四、 角度测量用传感器与模块
四、 角度测量用传感器与模块
库伯勒机械旋转编码器基本结构原理
四、 角度测量用传感器与模块
四、 角度测量用传感器与模块
SENTRON PAC3200 性能特点 应用：盘面仪表、电气设备远程控制、基本电能质 量监测; 遥测：三相电压、电流、功率、功率因数、频率、 电度等; 遥信：开关运行状态或故障状态等信号，本体带1个 DI、DC24V; 遥控：远程控制分或合闸，本体带1个DO; 通讯：集成以太网接口，支持Modbus TCP; 通讯扩展：可插接PROFIBUS-DP和MODBUS-RTU 通讯模块; 大尺寸LCD图形显示屏，中文或多语言显示; 采用标准型密封，防护等级达到 IP65; 结构紧凑，占用空间小 。
二 、转速测量用传感器与模块
二 、转速测量用传感器与模块
为了测量机组的异常振动（如叶片的摆振），所有的大型风力发电机组都装 有振动测量传感器。一般机组会安装2个监测目的不相同的传感器，一个被用于 监测机组的振动频率（或加速度），另一个被用于监测因振动激励而引起的振动 幅度。
三 、振动测量用传感器与模块
六、电能测量用传感器与模块
金风1.5MW水冷变流机组主控柜中的电压互感器
六、电能测量用传感器与模块
英飞凌水冷变流功率单元的LEM电压互感器
六、电能测量用传感器与模块
普通电流互感器的基本原理
穿心式电流互感器的基本原理
六、电能测量用传感器与模块
变流器出口的电流互感器
六、电能测量用传感器与模块
磁场平衡式霍尔电流传感器原理图
功能： 4 个可自由配置的转换继电器 1 个自检继电器 CAN bus接口
LED1: LED1常亮绿色，表示设备已经自
检正常。
LED2: LED2变成红色， 表示CAN bus的
3个传送PDOs被配置成“SYNC”传送 方式并且在3秒内没有收到CAN SYNC消息。
六、电能测量用传感器与模块
七、其它测量用传感器与模块
金风1.5兆瓦风力发电机组测 量传感器与模块
课程目录
一 、温度测量用传感器与模块 二 、转速测量用传感器与模块 三 、振动测量用传感器与模块 四、 角度测量用传感器与模块 五、风速、风向测量用传感器与模块 六、电能测量用传感器与模块 七、其它测量用传感器与模块
一 、温度测量用传感器与模块
在风力发电机组中，需要监测大量部件的温度，以保证这些部件能够工作 在正常的温度下，并及时给机组控制系统提供各个部件的温度情况，使机组的 控制系统做出及时反应动作，避免部件温度过高出现损伤及烧毁的问题。在风 力发电机组使用的温度传感器主要为温度电阻Pt100和热敏电阻。
六、电能测量用传感器与模块
金风1.5兆瓦风力发电机组中使用LEM的霍尔电流互感器和OverCurrent模块进 行发电机的过流和不平衡故障的监测保护。当机组发电机出现过流、缺相、不平衡 故障时，OverCurrent模块根据霍尔电流互感器测量的电流对发电机断路器的欠压脱 扣线圈断电，分断发电机断路器进行保护。
六、电能测量用传感器与模块
电压互感器 电压互感器元件符号：
注意：使用过程中电 压互感器的二次侧不 能短路，否则会烧坏 电压互感器。
六、电能测量用传感器与模块
电磁式电压互感器的基本原理
电容式电压互感器的基本原理
UC2
C1 C1 C2
•U1
KU1
六、电能测量用传感器与模块
霍尔磁平衡式电压互感器的基本原理
三 、振动测量用传感器与模块
振动开关
振动开关监测的是机组的机舱的振动摆幅，同时也是机组振动的最后一道保 护，其开关触点被串接在机组的安全链回路里。常见的振动开关有摆锤式和链球 式两种。金风1.5兆瓦风力发电机组中使用的是摆锤式 振动开关。
四、 角度测量用传感器与模块
金风1.5兆瓦风力发电机组中，应用角度测量控制部位分别是叶片的变桨角度 和偏航的机舱角度。叶片角度采用绝对值旋转编码器测量，偏航的机舱位置角度采 用TER凸轮计数器（或称偏航位置传感器）中的旋转变阻器（电位器）测量。
温度电阻Pt100的特性：0摄 氏度时，温度电阻Pt100的电阻值 正好是100欧姆，其阻值随温度的 上升而上升，随温度的下降而下 降，呈现正温度系数特性。
一 、温度测量用传感器与模块
热敏电阻
热敏电阻由半导体陶瓷材料组成，利用的原理是温度引起电阻变化。热敏电 阻包括正温度系数（PTC）和负温度系数（NTC）热敏电阻，以及临界温度热敏 电阻（CTR）。
pulse disk
photo diode array
comparators
memory
codeconverter
output driver
only for absolute encoder with code converter
select Bi二 、转速测量用传感器与模块
接近开关
接近开关是一种不与运 动部件进行机械接触而可以 操作的位置开关，当物体接 近开关的感应面到动作距离 时，不需要机械接触及施加 任何压力即可使开关动作， 从而驱动交流或直流电器或 给计算机装置提供控制指令。
二 、转速测量用传感器与模块
Over Speed叶轮转速测量
发电机锁定销位置检测—接近开关
七、其它测量用传感器与模块
温度、湿度调节控制开关
金风1.5兆瓦风力发电机组电气控制柜内部的温度或湿度的调节控制使用的是 温度、湿度调节控制开关，通过设定温度或湿度控制柜内的散热风扇和加热器工作。
金风1.5兆瓦风力发电机组中叶轮转速的测量是通过接近开关及Over speed 转速模块来实现的。
二 、转速测量用传感器与模块
Over Speed模块测速原理
二 、转速测量用传感器与模块
Gpulse+Gspeed发电机转速测量
金风1.5兆瓦风力发 电机组中发电机转速的 测量是通过发电机转速 测测量是通过Gpluse + Gspeed 转速模块来实 现的。
X方向加速度 [V] ：-0.5g=0V ;
0g=5V ; +0.5g=10V
Y方向加速度 [V] ：-0.5g=0V ;
0g=5V ; +0,5g=10V
1g -> 9,81m/s²
二 、转速测量用传感器与模块
ADXL322芯片原理
用芯片来测量机组当前的振动加速度值，并在机组的控制程序中设置了加速 度的允许值（或者不同风速的情况下，对应不同的振动加速度限定值），一旦传 感器测定到的振动加速度值（X方向或Y方向）超过限定值，机组立即执行相应的 保护程序。
600欧姆
载：600欧姆
温度：-30～+70°C；风速 0～60 m/s
20...28 VDC；450 mA ；heating；electr；controlled ；9 W
五、风速、风向测量用传感器与模块
机械旋转风速仪、风向标工作原理
0—50m/s 0—75m/s
单片机
0—360度
4—20mA 2—10V 0—10V 0—576Hz
ABB PTC热敏电阻电动机保护继电器
二 、转速测量用传感器与模块
目前，风力发电机组中大量使用的转速测量传感器大致上分为两种，一种是 接近开关，另外一种是增量式旋转编码器。当然随着技术的发展，其它类型的转 速测量模块也被陆续的应用到风力发电领域。
金风1.5兆瓦风力发电机组中叶轮转速的测量是通过接近开关及Overspeed 转速模块来实现的，发电机转速测测量是通过Gpluse + Gspeed 转速模块来实现 的。
六、电能测量用传感器与模块
六、电能测量用传感器与模块
金风1.5兆瓦风力发电机组中机组的电能测量及统计使用的是西门子的伍德沃 德的MFR300模块或PAC3200模块。
电能表PAC3200
PAC3200是一种用于面板安装的高性能电 力仪表，可用来计量、显示配电系统的 50 个 测量变量，集遥测、遥信、遥控于一体，大尺 寸 LCD 图形中文显示屏。PAC3200本体集成以 太网接口，支持 MODBUS TCP协议。
机舱加速度测量模块
金风1.5兆瓦机组中的加速度传感器是使用专用加速度芯片(ADXL322或类似
芯片)搭建的专用电路模块。
主要用于检测机舱和塔架的低
频振动情况，频率范围为（0.1--
20Hz），可以同时测量垂直2个方
向的加速度，加速度的测量范围为
（-0.5g--+0.5g)。加速度输出信号与
输出电压的关系，如下所示：
由于风力发电机组的发电机电缆及所有电气、通信电缆均从机舱直接引入塔 筒 ，直到地面的控制柜及配电柜如果机舱经常向一个方向对风偏航，会引起电缆 的严重扭转。因此，风力发电机组的偏航系统都具备扭缆保护的功能。要对电缆 进行保护，就必须对机组的偏航位置进行测量、监测并实施限位保护，这就需要 用到传感器。金风1.5兆瓦机组中采用TER凸轮计数器（或称偏航位置传感器）进 行保护。
限位保护或位置测量—行程开关
金风1.5兆瓦风力发电机组中变桨系统使用行程开关，进行变桨系统位置的
限制以进行安全保护。行程开关行程开关结构与按钮类似，但其动作要由机械撞
击产生。
未撞击
撞击
示意图
七、其它测量用传感器与模块
金风1.5兆瓦 机组中变桨系统使用的行程开关
第二代变桨结构
第一代变桨结构
七、其它测量用传感器与模块
四、 角度测量用传感器与模块
金风1.5兆瓦机组中，TER凸轮计数器使用旋转变阻器（电位器）采集机组偏 航位置，使用内部的凸轮触点及微动开关实施机组的偏航限位保护。
四、 角度测量用传感器与模块
五、风速、风向测量用传感器与模块
风速和风向是风力发电机组需要测量的重要参数。风速的测量需要使用风速计 （仪），风向的测量需要使用风向标。在风电领域常见的风速计为转杯式风速计和 超声波测风仪。在风电领域常见的风向计为舵式风向标和超声波测风仪。金风1.5兆 瓦风力发电机组使用的是转杯式机械旋转风速仪和尾舵式机械旋转风向标。
在金风1.5兆瓦风力发电机组中温度电阻Pt100用于发电机温度测量、环境 温度测量、控制柜温度测量、冷却系统温度测量等。
在金风1.5兆瓦风力发电机组中 热敏电阻用于变桨电机过热保护、偏航电 机过热保护、充电器直流预充电保护等。
一 、温度测量用传感器与模块
温度传感器Pt100
这种温度传感器是利用 导体铂（pt）的电阻值随温度 的变化而变化的特性来测量 温度的。通常这样的温度传 感器可以测量负200到正500摄 氏度的范围，而且在这个温 度范围下，铂的电阻值和温 度具有良好的线性关系。
六、电能测量用传感器与模块
六、电能测量用传感器与模块
伍德沃德MFR 300测量保护模块
MFR 300利用采样测量值方法测量变 化的电压/电流值。使用5kHz的速率采 样每一相的所有数据，在一周期内进 行积分运算，通过计算得到均方根值。 有功功率值通过计算电流和电压相乘 值的积分得到的。频率是由电压过零 的间隔时间确定的。无功功率是通过 电压和电流之间的相位移计算得到的。
热敏电阻（PTC）的温度—电阻曲线图
一 、温度测量用传感器与模块
热敏电阻PTC一般与热敏电阻继电器一起使用，当热敏电阻监测继电器检测 到串接在其检测端的电流减小到一定程度时，热敏电阻监测继电器失电动作切断给 用电设备的供电，起到保护作用。当电路排除故障后，热敏电阻的阻值会迅速恢复 到原来的阻值水平，热敏电阻无需更换而可以继续使用。金风1.5兆瓦风力发电机 组中偏航电机的保护中使用了热敏电阻PTC与热敏电阻继电器。
六电能测量用传感器与模块电磁式电压互感器的基本原理电容式电压互感器的基本原理六电能测量用传感器与模块霍尔磁平衡式电压互感器的基本原理金风15mw水冷变流机组主控柜中的电压互感器六电能测量用传感器与模块英飞凌水冷变流功率单元的lem电压互感器六电能测量用传感器与模块普通电流互感器的基本原理穿心式电流互感器的基本原理六电能测量用传感器与模块变流器出口的电流互感器六电能测量用传感器与模块磁场平衡式霍尔电流传感器原理图六电能测量用传感器与模块六电能测量用传感器与模块金风15兆瓦风力发电机组中使用lem的霍尔电流互感器和overcurrent模块进行发电机的过流和不平衡故障的监测保护
四、 角度测量用传感器与模块
绝对值旋转编码器
目前，公司使用的绝对值旋转编码器有两种：一种是多圈磁性旋转编码器 （堡盟GM400）；另一种是多圈机械旋转编码器（库伯勒sendix编码器）。
绝对值旋转编码器的基本结构原理
四、 角度测量用传感器与模块
shaft
infrared transmitter -LED