浅谈风机安全链系统

【摘要】安全保护系统是确保风机安全的最高层的防护措施，但在实际运行中安全链有时也会出现一些故障或问题。

【关键词】风机；安全链；故障

风力发电机组控制系统的安全可靠性，不仅关系到风力发电机组能否正常发电，甚至影响到风电场长期安全可靠运行。大型风力发电机组通过控制系统的安全设计，采取必要的手段，尽量提高控制系统的可靠性，使系统尽量不出故障或少出故障，并在故障出现后以最快的速度修复系统，使之恢复正常工作。下面就沈阳华创风能设备有限公司的型风力发电机组的控制系统进行分析，其安全保护系统也是由安全链组成的。本文主要分析风机安全链系统的构成与问题。

1 风机安全链保护介绍

1.1 安全链介绍

风机安全链是指保护风力发电机组安全运行的系统。安全链是独立于主控PLC系统的最后一级保护措施。采用了反逻辑设计，将可能影响风力发电机组设备安全，造成致命伤害的故障节点串联成一个回路，一旦其中一个节点动作，将引起风电机组紧急停机反应。一般将下列传感器信号或开关节点串接在紧急安全链中：紧急停机按钮、看门狗继电器、扭缆开关限位、振动开关、叶轮超速、驱动器正常信号（常开）、中间继电器（常开）、变流器。随着风电的日益发展，安全链设计也更加完善，回路分级设置，软、硬件保护分开设计且相互配合，重要的信号（超速）取自不同的传感器。保护校验更加安全、方便、准确。

1.2 风机安全链保护原则

安全链设计采用失效保护原则设计，当风机控制失败、内部或外部发生故障导致机组不能正常运行，影响风机安全时，系统安全保护装置动作，确保机组处于安全状态。

1.3 安全继电器工作原理

一般情况下，安全继电器24VDC电源输入正常；安全继电器S34需复位一次（24VDC）;CH1（S11-S12、S52）、CH2（S21-S22）通道中各串联安全链节点闭合。满足上述条件后，安全继电器正常工作，常开触点闭合，常闭触点断开。

2 风机安全链组成及工作原理简介

风机硬件安全链包括：急停保护（塔基柜、机舱柜、轮毂控制盘）、超速保护、振动保护、扭缆保护、PLC看门狗、软件EFC（中间继电器）等。

2.1 塔基控制柜急停安全链

塔基安全继电器正常时，塔基安全继电器70K3通道S11输出高电平，中间串入塔基柜急停开关70S4、机舱柜急停开关54S4、轮毂急停开关54S4.2常闭触点，回到S12和S52。任意急停开关断开，则安全链断开（塔基急停）。

2.2 轮毂-机舱控制柜安全链

轮毂变桨（驱动器）正常信号继电器54K6由机舱24VDCUPS电源供电，当1#变桨伺服驱动器12U0、2#变桨伺服驱动器32U0、3#变桨伺服驱动器52U0均正常时，三个变桨伺服驱动器的状态输出信号触点闭合；当变桨伺服驱动器异常时，该回路断开，轮毂变桨（驱动器）正常信号继电器54K6失电，54K6常开辅助触点断开。

轮毂安全继电器21A1由轮毂24VDCUPS电源供电，中间串入轮毂超速继电器20A1和机舱安全继电器54K1，及当机舱安全继电器54K1或轮毂超速继电器20A1异常时回路断开，轮毂安全继电器21A1断电，21A1常开辅助触点断开（轮毂安全链断开）。

2.3 机舱控制柜安全链

机舱安全继电器54K1由机舱24VDCUPS电源供电，中间串入继电器54K6常开，当轮毂变桨系统异常时54K6断开，机舱安全继电器54K1断电，安全链断开。

安全链正常时，机舱安全继电器闭合，机舱安全继电器54K1触点13、14闭合，高电平送入PLC进行检测。

机舱安全继电器正常时，机舱安全继电器54K1触点S11输出高电平，串联扭缆传感器、看门狗继电器、振动传感器和塔基急停安全继电器，回到S12和S52。当扭缆传感器凸轮超过±2.5圈，或看门狗继电器触发，或振动传感器检测到大于5m/s2的冲击振动，或塔基安全继电器触发，则安全链断开。

2.4 轮毂控制柜安全链

轮毂控制柜1#柜安全链回路由15T1和15T2开关电源供电，当1#变桨伺服驱动器或者风机（T2类）故障时，中间继电器13K1失电；轮毂安全继电器21A1或中间继电器13K1常开触点断开，均会触发1#柜安全链回路断开，1#变桨伺服驱动器12U0端子X5-DI7低电平1#变桨伺服驱动器进入紧急状态。

轮毂控制柜2#柜安全链回路由35T1和35T2开关电源供电，当2#变桨伺服驱动器或者风机（T2类）故障时，中间继电器33K1失电；轮毂安全继电器21A1或中间继电器33K1常开触点断开，均会触发2#柜安全链回路断开，2#变桨伺服驱动器32U0端子X5-DI7低电平，2#变桨伺服驱动器进入紧急状态。

轮毂控制柜3#柜安全链回路由55T1和55T2开关电源供电，当3#变桨伺服驱动器或者风机（T2类）故障时，中间继电器53K1失电；轮毂安全继电器21A1或中间继电器53K1常开触点断开，均会触发3#柜安全链回路断开，3#变桨伺服驱动器52U0端子X5-DI7低电平，3#变桨伺服驱动器进入紧急状态。

3 安全链保护试验

3.1 超速保护试验

以湘电超速保护为例，接近开关（科瑞ND2.5-S-M8-2MP）转速信号接入超速继电器（JAQUET，T401），当风机转速大于17rpm时，超速继电器动作，常开触点COM-NO断开，安全链断开。

进入风机HMI软件，在子项/轮毂/测试超速故障；点击“测试”，13K2继电器常开触点11-14动作，超速继电器T401阈值从17rpm调至10rpm。当风机转速超过保护定值时，速继电器动作，常开触点COM-NO断开，安全链断开。

3.2 振动保护试验

以PCH1216为例，当风机振动大于保护定值时，常闭触点SSD1-SSD2断开，安全链断开。

进入风机HMI软件，在子项/机舱/振动监测，点击“测试”按钮，X振动值增大至-10m/s2;Y振动值增大至+10m/s2；释放“测试”按钮，X振动值显示为-0m/s2;Y振动值显示为+0m/s2。若SSD开关触发报警，指示灯变红，在HMI中点击复位，振动传感器过几秒后，灯由红变绿，SDD开关闭合，故障消失。

3.3 扭缆保护试验

以Stromag（德国53-LC-499G-FV-G）扭缆传感器为例，扭缆传感器由编码器和凸轮限位开关组成，在给主控提供偏航位置的同时具备左右限位功能。

角位移传感器用于测量偏航角度，输出4～20mA的电流信号到PLC，对应不同的角度值；扭缆传感器有左右两个硬件限位常闭触点S1：1-S1：2，S2：1-S2：2串接于安全链回路中，任意一个限位触发，常闭触点断开，则安全链断开，风机紧急收桨。

结束语

风机组安全链按照失效—保护的策略进行控制，其中安全链中的任意节点发生故障都会触发整个安全链系统，报出安全链故障，使机组进入紧急停机模式。当主控系统报出外部安全链故障时，会触发变桨安全链，使三支叶片收桨；当变桨安全链报出故障时也会触发主控安全链，使主控系统发出停机命令，二者独立存在而又相互作用。本文对风机典型安全链故障—变桨系统安全链故障现象、原因进行了分析，给出了处理变桨安全链故障的一般方法。

参考文献

[1] 刘军.浅议风力发电机变桨安全链[J].中国高新技术企业，2018（17）.：89-91.

[2] 刘朋朋，永磁直驱风力发电机组控制系统的研究与优化[D].大连：大连理工大学，2014.