针对金风750kW系列风力发电机组频繁起停问题的分析与讨论_陈锋

没有起动机舱维护和禁止起动时（准许起动），则可 以强制起动后让风机进入空转状态。
风机在停机状态下可进行维护。 （３ ）发电机并网
机组运行当中准许自动对风和复位： 当 ３０ ｓ 平均风速≤ ５ ｍ／ｓ 时，且 ３０ ｓ 平均功率≤ － ５ ｋＷ 达到 ５ ｍｉｎ（慢脱网时间）时，且当有功功率小 于 ０ 时，则执行自由关机，如果此时并网次数≥ ４ 次则要 执行正常停机。 当 ３０ ｓ平均风速≤５ ｍ／ｓ时，且有功功率≤－１０ ｋＷ 达到 ２ ｍｉｎ（快脱网时间）时，则执行自由关机，如果此 时，并网次数≥ ４ 次则要进执行常停机。 （４）正常停机 １）甩叶尖。 ２ ）当发电机转速降至同步转速时，旁路接触器切 出，进行脱网。 ３）当发电机转速≤ ５００ ｒ／ｍｉｎ 时将高速闸 １ 制动。 ４）如果甩叶尖后发电机转速继续上升则将闸 ２ 制动。 ５）下次制动时两闸调换顺序。 ６）停机后将叶尖收回。 如果出现任何转速不正常（如发电机转速继续上升） 则执行安全停机。具体程序设置如下。 当机组执行“正常停机”命令时： １）甩叶尖且不准许对风和禁止复位。 ２）甩叶尖后当机组状态为①有功功率≤ ０ 时，或② 延时１０ ｓ，或③发电机转速≤１ ５００ ｒ／ｍｉｎ。 满足上述条件后旁路接触器切出后延时 ２００ ｍｓ 后软 起动关闭，再延时 ２００ ｍｓ 后发电机接触器切出（１０ ｓ 后 退电容）。
３）当发电机接触器切出后，再延时１０ ｍｉｎ 将执行正 常关机（“正常关机”程序中设置了高速闸制动的命令）。
４）当发电机转速≤ ３００ ｒ／ｍｉｎ（在风速较高时，机组 收叶尖时的发电机转速），且 ３０ ｓ 平均风速减去 １ ｍ／ｓ 后 如果大于等于起动风速时，机组将进行空转。
年 ２ 月调试完毕进入运行阶段，当地在每年的 １１ 月份至 次年的 ４ 月份，月平均风速在 ２．５～４．５ ｍ／ｓ，机组基本长 时间处于低风速段时期，如表 １～３ 所示，该例中 ２ 台机 组的中央监控运行数据均为该现场 ７５０ ｋＷ 机组在小风期 时的部分运行数据，从表 １ 中及图 ５（风速 ／ 功率图）的 运行数据可以看出 １ 号机组的运行情况：
较大。
（ａ） （ ｂ） 图 ２ 叶尖实图
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Diagnosis & Maintenance 诊断维护
图 ３ 叶尖导向机构图 叶尖油管
离心力和弹簧弹力 Ｐ １ 液压压力 Ｐ ２
■ 陈锋 ／ 新疆金风科技股份有限公司
１ 金风 ７５０ ｋＷ 机组在低风速段运行时 问题的表现
金风 ７５０ ｋＷ 系列机组的控制程序设计方式： １）在满足低风速、低功率条件下机组执行自由停机 动作。 ２）“自由停机”仅由气动制动动作来执行停机动作 并且脱网，而此时高速闸并不动作。 ３）自由停机时，当发电机转速下降到设定值以下， 机组将自动进入空转状态，等待并网。 由于 ７５０ ｋＷ 机组为定速定桨机型，这种设计目的显 然是为了弥补其在低风速段运行时出力不足的缺点，增 大小风段的发电量。但这种设计使机组在小风情况下一 直运行在起动风速附近，这样机组就容易出现负功率，并 且会频繁触发自由停机的命令。机组在小风期起动风速 段运行时的发电量很低，自由停机不但不提高发电量，反 而增加了机组因频繁起停而产生的机械损耗，比如叶尖 液压缸等器件的机械损耗都与机组执行气动制动的频率、 次数有直接关系。 下面我将通过对脉动风特性及叶尖制动器的介绍、 主控程序的设置方法和实际案例的数据分析三个方面来 深入分析讨论出现此类现象的原因，最后得出本人对此 问题所提出的解决方案。
２）执行甩叶尖，旁路接触器切出，发电机接触器和 软起动切出的同时高速闸 １制动，在发电机转速≤发电机 同步转速时，闸 ２ 制动。
３）当发电机转速和叶轮转速＝ ０，并且达到 １０ ｍｉｎ 或双闸全部制动后，机组执行停机命令。
（６）紧急停机 １）所有继电器、接触器失电，最终安全链断开。 ２）叶尖与两部高速闸同时制动。
从 ０８ － ０７ － ２９ １４∶４３∶３８ 到 ０８ － ０７ － ２９ １５∶ １４∶２９ 约 ３０ ｍｉｎ 的时间段里，此台机组由并网到脱网 的次数为 ３ 次，３０ ｍｉｎ 平均风速为 ４．２ ｍ／ｓ。金风 ７５０ ｋＷ 机组的主控程序中的定义是机组由并网状态到自由停
机的过程中采用气动制动方法来进行制动，所以像上述 机组的叶尖液压缸在约 ３０ ｍｉｎ 的时间段里反复工作次数 为 ６ 次（叶尖液压缸进油和出油各 ３ 次）。
风机在执行“正常停机”，“安全停机”后如果机组 要再次起动达到并网时，就必须要执行“停机”命令 中的设置：“当 ３ ０ ｓ 平均风速≥起动风速，并且此风 速的持续时间满 ５ ｍ ｉ ｎ ”时，经过电网检测则风机才 能进入空转状态，才有机会起动和并网发电。
“自由停机”的程序中设置了在发电机接触器切出 １０ ｍｉຫໍສະໝຸດ Baidu 后，机组才能进入“正常停机”的命令中，而只
表１ １号机组数据
４ 实际案例及机组运行数据的分析
以新疆小草湖金风 ７５０ ｋＷ 机组为例，该现场于 ２００８
图 ５ 风速 ／ 功率图
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表 ２ ２ 号机组数据
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０８ － ０７ － ２９ １４∶４３∶３８ 至 ０８ － ０７ － ２９ １４∶ ４ ７ ∶０ ０ （约 ３ ｍ ｉ ｎ ）处于并网时段，０ ８ － ０ ７ － ２ ９ １４∶４７∶４０ 至 ０８ － ０７ － ２９ １４∶５１∶０１（约 ３ ｍｉｎ） 处于待机状态，０ ８ － ０７ － ２ ９ １ ４ ∶５ １ ∶４ １ 至 ０ ８ － ０ ７ － ２ ９ １ ４ ∶５ ４ ∶２ ２ （约 ３ ｍ ｉ ｎ ）处于并网时段， ０８ － ０７ － ２９ １４∶５５∶０２ 至 ０８ － ０７ － ２９ １５∶００∶ ２４（约 ５ ｍｉｎ）处于待机状态，０８ － ０７ － ２９ １５∶ ０１∶０５ 至 ０８ － ０７ － ２９ １５ ∶０６∶２６（约 ５ ｍｉｎ ）处 于并网时段，０８ － ０７ － ２９ １５∶０７∶０７ 至 ０８ － ０７ － ２ ９ １ ５ ∶１ ３ ∶４ ９ （约 ６ ｍ ｉ ｎ ）处于待机状态，０ ８ － ０ ７ － ２ ９ １ ５ ∶１ ４ ∶２ ９ 机组处于并网时段。
有执行正常停机才能执行“停机”的命令，机组才能用 高速闸制动。所以在发电机接触器切出 １０ ｍｉｎ 的时间段 里，机组不用受“当 ３０ ｓ 平均风速≥起动风速并且此风 速的持续时间满 ５ ｍｉｎ”的命令限制，只要风速大于起动 风速，机组的叶轮转速就有可能随时升高达到起动并网 的转速。所以在风速波动较大的小风期时机组就容易出 现频繁起机和停机。
（７）自由停机 １）机组执行自由停机时先甩叶尖，并且禁止复位，
不准许机组执行对风命令，在甩叶尖后当①有功功率≤ ０，或②延时 ６ ｓ 后，或③发电机转速≤ １ ５００ ｒ／ｍｉｎ，满 足以上条件后旁路接触器切出。
２）旁路接触器切出 ２００ ｍｓ 后软起动切出，再延时 ２００ ｍｓ 后发电机接触器切出，当发电机转速≤自由停机 时收叶尖转速 （２００ ｒ／ｍｉｎ）时机组将收叶尖。
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针对金风 ７５０ ｋＷ 系列风力发电机组频繁起停 问题的分析与讨论
７５０ ｋＷ 机组在低风速期（２～６ ｍ／ｓ）运行时，由于现场风况脉动频率较高，阵风的峰值与谷 值相差较大从而导致风速不稳，机组经常出现并网、脱网现象，导致叶尖频繁甩出，叶尖液压缸 损坏率随之增加。从电控角度上分析此类问题的出现原因，并对 ７５０ ｋＷ 机组主控制程序中的相 关程序设置作出了自己的优化解决方案。
本人认为如此频繁的停机和起动，不仅加剧了整个 叶尖液压系统的损耗率，而且对整个机组的电气系统及 机械系统的疲劳载荷上都有一定程度的影响。
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５ 对问题的解决建议及相关的处理方案
通过对 ７５０ ｋＷ 机组的主控程序中相关程序命令设置 的简介，可以看出在小风期时机组一般进行的是小风自 由停机。当机组从并网状态进入到自由停机状态时，此 时的风机是处于待机状态的，也就是说当风速再次达到 起动风速或遇到高风速时，在 １０ ｍｉｎ 之内，风机随时可 以再次并网，而不受起动风速持续时间的影响，而“起 动风速持续时间”这个参数命令只设置在了“停机”的 程序命令中，并且“正常停机”，“安全停机”到最后都是 要进入到“停机”命令中才能停机的。
５ ）两闸全抱死后当发电机转速和叶轮转速都降为 零时，（叶尖不收回）达 ５ ｓ 后执行停机命令。
（５）安全停机 １）叶尖与高速闸 １ 同时制动。 ２）当发电机转速降至同步转速时旁路接触器切出，
闸 ２ 制动。 ３）叶尖不收回。 具体程序设置： １）当执行安全停机时，要执行甩叶尖，旁路接触器
切出，发电机接触器切出，软起动切出状态，并且不准 许机组对风，禁止复位。
风速
ａ 平均风速
ｃ
ｂ ｄ
时间 图 １ 阵风的特性是由它的风速大小和持续的时间来决定的
当某一地区阵风的频率较高时，则机组由待机状态 到自由停机状态来回切换的频率次数也较高。 ２．２ 叶尖制动器简介
（１ ）气动制动工作原理 １）运行状态时：液压系统提供的压力克服叶尖弹簧
使叶尖阻尼板和叶片主体平滑地联为一体。 ２）自由停机，正常停机时：液压系统压力下降，叶
３ 控制程序中相关功能块的描述和介绍
下面我就 ７５０ ｋＷ 机组 ＰＬＣ 的控制程序中相关的程 序设置（原程序），用文字来做简单的描述。
（１）空转 当机组执行“空转”命令时： １）收回叶尖。 ２）发电机接触器、软起动、旁路接触器复位。 ３）准许对风。 ４）机械制动闸置位（松闸）。 ５）禁止复位。 当空转时发电机转速和叶轮转速都＝ ０ 且达到
这样一来机组处于当地每年长达数月的小风月份 时，叶尖液压缸以这样的频率工作，必然会加重设备的 损耗，最终导致经济上不必要的损失，而且增加了现场 人员的维护工作量和工作难度。
以上所列几组风机的运行数据都是典型的小风时间 段时机组运行状态的变化情况，通过数据显示分析，可 以明显地看到机组短时间内在小风运行阶段时由并网状 态到自由停机的次数。
叶尖液压缸
活塞
图 ４ 叶尖液压缸的构造（故障高发点）
节，这与气动制动频繁动作有直接关系。现场液压缸损 坏现象主要为液压缸放气帽等处漏油，根据对损坏设备 的拆解情况，发现主要损坏原因为液压缸的活塞密封圈 密封性能变差。造成这种问题的原因可能为：①液压缸 本身制造工艺问题，如缸内壁表面粗糙度较大，密封圈 材质差等。②液压缸泄压速度较快，加之叶轮旋转的离 心力，冲击强。③频繁动作造成热积累，使材料变性。上 述问题都可造成液压缸寿命降低。
尖的液压压力减小，叶片在离心力和弹簧机构的共同作 用下，叶尖被甩出并沿转轴旋转，产生阻尼力矩，从而 使叶轮的转速迅速下降（如图 ２～４ 所示）。
７５０ ｋＷ 机组现场叶尖液压缸损坏主要集中在小风季
２ 脉动风特性及叶尖制动器简介
２．１ 脉动风特性简介 脉动风：也称阵风，其峰值周期约为 １～２ ｍｉｎ。 阵风（Ｇｕｓｔ Ｗｉｎｄ）：如图 １ 所示，风速的临时变化性
１０ ｍｉｎ 后风机则执行停机。 （２）风机停机 １）风机状态为停机状态时，准许机组自动对风且禁
止复位。 ２）延时 ３ ｓ 后执行。①甩叶尖。②旁路接触器切出。
③发电机接触器切出。④五组电容在退出状态。⑤软起 动停止工作状态。⑥高速闸 １ 抱死。⑦高速闸 ２ 抱死。
同时禁止复位（防止停机中途再次起动），没有起动 机舱维护和禁止起动的命令时（准许起动），当 ３０ ｓ 平均 风速≥起动风速且持续时间为５ ｍｉｎ时经过电网检测和对 风完成的指令则风机进入空转状态。
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３）甩出叶尖后发电机旁路接触器切出，４ ｍｉｎ 后进 行抱闸保护（两副闸同时抱死）（意外防护）。
４）甩出叶尖后，当发电机转速≤正常关机抱闸发电 机转速（５００ ｒ／ｍｉｎ）达 ２ ｓ 后抱闸 １（下次相反），最终 两闸都是同时制动的状态。