从变桨旋转编码器更换浅谈风机运行管理

从变桨旋转编码器更换浅谈风机运行管理

张兴强

国投新疆新能源有限公司 新疆 酒泉 830000

摘要：本文所提风电场项目位于新疆自治区哈密市东南约120km连霍高速（G30国道）东侧的戈壁滩上，项目并网容量100MW，安装有40台金风GW121/2500风电机组，风电场区域属暖温带大陆性干旱气候，夏季炎热，冬季寒冷，气候干燥多大风，随着机组的不断运行，设备各系统元件也出现了不同程度异常问题，尤其变桨系统作为关键旋转部件，故障频次也在不断增加。如果变桨系统不能正常工作将直接会影响机组的安全运行甚至会出现桨叶不能正常收回飞车的风险，本文针对风电机组变桨系统旋转编码器运行异常引起的故障停机进行了详细的分析并通过实际的处理过程进行了讲解，在一定程度上提高了故障判断准确性，为合理储备备件降低机组故障停机时间起到关键作用。

关键词：变桨旋转编码器；更换；风机运行管理

一、实施背景

2023年项目风电机组共出现14次变桨类故障，旋转编码器问题导致故障停机有7次占年度变桨类故障54%，其中变桨子站总线工作异常故障停机2次，变桨5°接近开关失效故障停机占3次，变桨充电器工作异常故障停机2次，变桨旋转编码器工作异常导致故障停机7次（2023年6月12日18#风电机组2#变桨逆变器OK信号丢失更换2#、3#变桨旋转编码器）。

二、原因分析

1．异常原因类型

1.1机械上有损坏的，转不动或转的时候有卡的现象，大多数表现为码盘磨损或破碎。

1.2增量通道A或B对地导通，增量通道损坏通常会导致变桨速度慢或叶片不变桨。

1.3编码器采集的位置不正常，绝对值通道损坏。编码器单圈计数是正常的，因为在编码器每转一圈的时候，编码器的数值有0.14度左右的变化，只是度数没有累积。

1.4增量信号故障或者绝对值信号故障导致旋编24V对地短路引起旋编内部电路模块烧毁。

1.5编码器采集的位置不正常，绝对值通道损坏。编码器采集的叶片位置跳变。

2.现场故障案例分析

2.1案例1：2023年7月21日现场14#风电机组2#变桨速度超限，查看故障b文件发现2#变桨速度在故障时刻出现异常波动，变桨位置出现跳变，变桨速度变快。通过故障时刻变桨位置曲线图可以完全展现故障时刻变桨位置变化情况见。

现场通过故障b文件判断对变桨逆变器AC2、旋转编码器、变桨控制器BX3100,进行检查最终判断为旋转编码器采集位置数据异常导致变桨速度超限故障停机。

2.2案例2:2023年8月2日22#风电机组报出1#变桨逆变器OK信号丢失故障，现场通过旋转编码器故障指南判断出变桨逆变器ok丢失故障可以从变桨逆变器、变桨控制器、旋转编码器工作情况先行判断。查看故障文件发现1#变桨系统在故障时刻出现变桨速度增量信号突然增大的问题，符合3.4锁描述的故障现象。

三、工作原理解析

1.目前金风风电机组变桨系统一般为国产Vensys变桨控制系统，在Vensys变桨控制系统中旋转编码器备件使用的是德国库伯勒公司的产品，每个变桨电机内部都有一个旋转编码器，安装在电机散热风扇及电机主体之间，通过联轴器与电机主轴相连。

2.编码器主要由光电转换回路、轴承、安装法兰、光栅码盘组成，其作用是用来测量叶片的位置并将位置信息反馈给变桨系统的控制模块，通过计算得到叶片的运转速度和方向。其中增量信号反馈给变桨驱动器AC2，CLK时钟信号、Data信号、绝对值信号等反馈给PLC。

四、实施过程

1．旋转编码器更换步骤：

1.1将所要更换的叶片盘车至竖直向下的位置，锁定叶轮锁定销，保证变桨电机竖直向下；

1.2将变桨自动模式切换至手动模式；

1.2断开故障变桨柜400V控制供电电源2Q1旋钮开关；

1.3拆下变桨电机风扇保护罩

1.4将变桨电机散热风扇支架拆除

1.5使用5mm规格内六方扳手拆除旋转编码器主轴承固定螺栓。

1.6更换新的旋转编码器，安装间距保证与联轴器间隙为1.5mm;

1.6使用强制手动短接片进行短接操作，将变桨手动模式切换至强制手动模式；

1.7 合上故障变桨柜400V控制供电电源2Q1旋钮开关；

1.8手动变桨将故障叶片零位与轮毂机械0°重合，手动将旋转编码器角度置0，通过调试笔记本电脑查看故障桨叶角度为确为0°，保证叶片机械0°和数据0°一致。

1.9，手动回桨当变桨角度为5°时停止变桨，调整5°接近开关与挡块位置使接近开关刚刚点亮挡块此保证桨叶实际角度和数据角度均为5°，固定接近开关，保证接近开关与挡块间隙为2.5mm±0.5。

1.10继续回桨在变桨角度至87°时调整87°变桨接近开关位置，调整标准与5°接近开关一致。

1.11然后手动向5°方向顺桨，当顺桨角度至75°左右后断开控制供电电源2Q1旋钮开关，调整强制手动短接片将强制手动模式切换至手动模式，然后送电；

五、验证效果

安全方面：在经历突变大风天气和频繁小风天气，未出现变桨位置故障和变桨桨叶未收回问题引起的故障停机，减少了紧急收桨带来的冲限位风险隐患，减少机组突发停机引起的振动，从而提高机组运行的寿命和机组运行安全性可靠性。

技术方面：通过有效的机组故障现象分析和故障数据的判断，减少了机组停机时间，提高了故障处理效率，也增加了故障处理的准确性，大大降低了变桨系统故障率。

经济效益：按照今年上半年机组因变桨旋转编码器故障引起的停机7次每次损失1万千瓦时来算，每年将损失14万千瓦时，按照目前项目交易电量算最终每千瓦时是0.45元，预计一年会损失6万元。通过准确的故障点判断至少为项目争取不少于6万元经济收益。

六、效果推广

1．原因分析普遍性较强，具备一定推广意义。

从不同的故障时刻曲线和不同的故障文件数据抓住关键故障点排除干扰，较完整的分析了同类型风机故障现象判断的依据，具备一定可推广性，可有效提升同类型风电机组故障准确性判断。

2．数据分析多角度，故障处理准确性提升明显。

通过单台机组变桨系统运行数据的对比和同类型故障现象的判断可区分故障不同点。

七、总结

变桨系统是整个风力发电机组叶轮转动的控制系统，机组在发电状态时PLC会通过风向标和风速仪实时判断风向和风速情况从而调整发电机扭矩和变桨位置使机组吸收风能最佳，变桨旋转编码器则时刻记录着变桨桨叶的角度，变桨速度，保证PLC准确判断变桨系统运行安全性，所以编码器在整个机组叶轮的转动中起着关键的作用，也是所有变桨系统工作中“最忙”的数据监视原件，故在日常的维护中通过提前预判数据信息提前准备备件，准确的故障点判断能有效的避免编码器工作异常带来的机组长时间停机。

参考文献：

[1]变速变桨距风电机组的全风速限功率优化控制. 周志超;王成山;郭力;许伟;张彦涛;刘峻岐.中国电机工程学报,2015
[2]风力发电机组独立变桨鲁棒自适应桨距角跟踪控制. 崔双喜;王维庆;张强.电力系统保护与控制,2015
[5]含虚拟惯性与阻尼控制的变速风电机组综合PSS控制器. 张祥宇;付媛;王毅;王慧;付超.电工技术学报,2015