風力發電機組發電機過速預警保護方法

2023-10-29 01:47:22 1

專利名稱：風力發電機組發電機過速預警保護方法
技術領域：
本發明涉及一種發電機過速預警保護方法，尤其涉及一種應用於大型併網型風力 發電機組的發電機過速預警保護方法。
背景技術：
國內火電場、水電廠、汽輪機廠對大型發電機檢測的方法主要是安裝獨立的轉速 傳感器，用轉速傳感器來檢測電機的轉速。獨立的轉速傳感器確實在很多大型的選裝型設 備上使用，應用的範圍也比較廣，但是價格比較昂貴，而且需要在設備上打孔固定，另外傳 感器和後面的信號處理設備之間需要長長的信號線來連接。在風力發電領域，也是通過傳感器進行風機發電機轉速的檢測，但是使用傳感器 檢測存在三個缺點1、預先在發電機上安裝傳感器給組裝風機的工人帶來了一定的難度。 如果傳感設備損壞了，在高空中拆卸這些設備難度也很高很不方便。2、傳感器只是單純測 量轉速，並沒有採取數據對比的方式，這就導致測量結果誤差比較大。3、傳感器無法進行數 據對比，從而無法進一步判斷發電機是否過速，無法達到過速預警的功能。發電機的轉速過高，對風力發電機組有一定的危害，現有技術中缺乏一種過速預 警裝置，因此提供一種發電機過速預警保護方法是非常有必要的。國內現階段也沒有針對上述情況的解決方案，所以綜合上述問題，安裝不方便、價 格昂貴、功能單一，無預警機制等等都是現在國內發電機轉速檢測方面存在的問題。

發明內容
為了解決上述問題，本發明針對現有技術無法實現發電機過速預警保護的缺點， 提供一種風力發電機組發電機過速預警保護方法。為了實現所述目的，本發明過速預警保護方法通過接近開關、過速保護裝置、總線 及風機控制系統，進行數據採集，處理及對比，從而實現發電機過速預警保護，其特徵在於， 包括以下步驟1、所述過速保護裝置由轉速檢測電路、過速判斷及保護電路和繼電器組成，在所 述過速保護裝置中通過過速判斷及保護電路設置轉速臨界值；2、通過與發電機接觸的接近開關，採集發電機轉動時的脈衝信號，並將脈衝信號 輸送至所述過速保護裝置；3、所述過速保護裝置中的轉速檢測電路對脈衝信號進行初步的處理，並將所述脈 衝頻率信號轉變為佔空比可調的負向脈衝信號；4、所述負向脈衝信號通過兩個途徑進行傳輸一路信號經過數據處理後得到信號 處理值，所述信號處理值和所述轉速臨界值進行比較，比較結果通過所述繼電器送出，所述 繼電器送出的幹節點信號通過所述總線送到所述控制系統，所述控制系統根據得到的幹節 點信號對風機是否過速做出判斷，並執行相應的動作；另一路信號直接通過所述總線送到 所述控制系統，所述控制系統對所述信號進行相應處理從而得到信號處理值，所述信號處理值和所述控制系統內已設定轉速臨界值進行比較，進行過速判斷。上述方法中，所述過速保護裝置包接近開關傳感器、齒盤、過速保護及判斷電路。上述方法中，所述轉速臨界值在0 35轉/分鐘範圍內。上述方法中，所述負向脈衝信號在進行第二路信號傳輸過程中，所述控制系統可 直接讀取轉速信號，並顯示於客戶端。上述方法中，所述信號處理值大於或等於所述轉速臨界值，所述過速保護裝置通 過所述控制系統進行故障報警。上述方法中，所述過速保護裝置可以單獨進行過速對比及處理，也可以通過所述 控制系統實現過速對比及處理。本發明從安裝方式、成本、穩定性等方面考慮，綜合現有設備存在的問題，設計出 更為先進的裝置，本發明方法不但能夠檢測發電機的轉速，還可能通過對檢測到的轉速信 號進行處理，來判斷發電機是否超過發電機額定的轉速。另外針對不同控制系統的需求，其 中一路轉速信號通過總線送到控制系統處理。控制系統不但可以根據得到的模擬量信號對 風機做出一些控制，而且根據得到的轉速信號，也可以讓客戶更直接了解到風機的運行狀 況，這樣也便於檢查風機的零部件的運行情況。下面結合附圖對最佳實施例進行詳細說明。


圖1表示本發明的系統構建結構功能簡圖；圖2表示本發明的接近開關結構示意圖；圖3表示本發明的轉速檢測電路圖；圖4表示本發明的過速判斷及保護電路圖。
具體實施例方式本發明所提供的風力發電機過速預警保護方法，能夠實現的功能有1)檢測電機 當前轉速，並將結果按照(0 10VDC)的模擬量輸出；2)判斷電機當前轉速是否超過設定 值，並將結果輸出幹節點信號。參照圖1，本發明通過使用2個相互獨立的接近開關傳感器對同一個(尺數為60 齒的)齒盤(而齒盤和葉輪的轉速也是同步的)進行數齒來實現轉速檢測，該傳感器輸出 的頻率信號的佔空比為50%，峰-峰值為24VDC，該頻率信號其中一路再送入至過速保護裝 置，並由該過速保護裝置判斷電機轉速是否超過設定保護值。若電機轉速超過設定保護值， 模塊將輸出乾結點信號。該乾結點信號在主控制系統中嵌入在系統安全鏈內，從而導致系 統安全鏈動作，從而達到電機過速保護的目的。同時，本發明方法中的另一路頻率信號是與當前電機轉速對應的電壓模擬量，該 電壓模擬量被直接送至主控制系統，由主控制系統轉換為轉速，並對比通過其它方法得到 的電機轉速。當對比差值達到設定值即報「轉速對比錯誤」，從而達到電機轉速相互檢查的 目的。目前風電行業主要使用以下兩種發電機一種是直驅同步發電機。另一種是雙反 饋異步發電機。這兩種電機的轉數差別很大，直驅發電機轉速和葉輪轉速同步，異步發電機的轉速要快的多，因為葉輪的轉速通過齒輪箱變速後，達到了很高的速度，然後再驅動發電 機。所以針對高低兩種轉速不同的發電機，本發明從風機的傳動系統的前端檢測數 據，對於直驅風機，檢測到的信號就是發電機真實的轉速，對於異步發電機，檢測到的轉速 信號轉化為葉輪轉速後，還需要通過一個換算公式，設定轉速為A，齒輪箱轉速比為B、那麼 異步發電機的轉速為A*B。在控制系統中也很容易的得到了發電機的轉速。所以對於不同 類型的發電機，本裝置都適合。參照圖2和圖4，過速保護裝置包括2個接近開關傳感器、1個齒數為60齒的齒盤、 過速保護及判斷電路。參照圖2，接近開關為3線直流連接，10 30VDC，常開PNP輸出。接 近開關可以無損不接觸地檢測金屬物體。通過一個高頻的交流電磁場和目標體相互作用實 現檢測。接近開關的磁場是通過一個LC振蕩電路產生的，其中的線圈為鐵氧體磁芯線圈。 採用殊殊的鐵氧體磁芯使得接近開關能夠抗交流磁場和直流磁場的幹擾。參照圖2，為本發明的轉速檢測轉速電路圖，電路由U1、U3、U4、TO及其他阻容器件 構成。由晶片肌、諷及1 6、〔3、1 16、(1、07構成了輸入信號拾取及預處理電路。接近開關 送入模塊的脈衝信號經過光耦4N33及由R6、C3構成的低通濾波器，然後經4093反向驅動 後送給由C1、R16、D7構成的微分電路，將佔空比為50%的脈衝頻率信號調製為可變佔空比 的負向脈衝信號(該信號特徵應為脈衝低電平寬度恆為約0. 499ms,高電平寬度由輸入頻 率確定)。該信號給NE555搭建的單穩態電路，輸出佔空比可調的脈衝信號(該信號特徵 為高電平寬度恆為約19. 05ms的可調佔空比信號。高電平寬度可以由R35調節，佔空比由 輸入信號頻率確定)。電機轉速和對應電壓的算法如下V = (T/t)X15，其中T是NE555調節的高 電平脈衝寬度，t是傳感器數齒脈衝的間隔時間，15是NE555輸出高電平電壓，T設定為 19. 05ms，t計算為t = 60s/(60*n)，其中60s是60s，分母的60是齒數，n是轉速(rpm)，這 樣可以得到輸出電壓 10V-35rpm,即 V = (19. 05m/(1/35)) X 15 = 10V。參照圖4，是本發明的過速判斷及保護電路，電機轉速臨界值設定方式是選擇P1 端子的4、5、6、7、8與P1端子的9腳(-15V)組合連接，然後經U2D構成的加法器後輸出，不 同組合可以得到不同的電機轉速臨界值。通過前述方式所得到的對應實測轉速的兩路電壓 信號，分別與設定的臨界值電壓進行比較，由圖中U3構成的遲滯比較器實現比較。當轉速 高於設定時，U3輸出_15v使繼電器失電斷開，觸點K1輸出「斷開」幹節點信號。否則觸點 K1輸出「閉合」幹節點信號。U2D的輸出電壓表徵為轉速保護的臨界電壓值。該值可以由 下面公式確定Vcomp = _[(3. 04/10. 681)+ (3. 04/Rp9_4) + (3. 04/Rp9_5) + (3. 04/Rp9_6) + (3. 04/ Rp9-7) + (3. 04/Rp9-8)]*(-15)VDC其中若4腳連接至9腳時Rp9_4 = 20否則為0 ；通過不同的組合可以設定不同的保護值，保護的範圍是15 30. 5rpm，最小區分 度為 0. 5rpm。本發明的最佳實施例已被闡明，由本領域普通技術人員做出的各種變化或改型都 不會脫離本發明的範圍。
權利要求
一種風力發電機組發電機過速預警保護方法，通過接近開關、齒盤、過速保護裝置、總線及風機控制系統，進行數據採集，處理及對比，從而實現發電機過速預警保護，其特徵在於，包括以下步驟A所述過速保護裝置由轉速檢測電路、過速判斷及保護電路和繼電器組成，在所述過速保護裝置中通過過速判斷及保護電路設置轉速臨界值；B通過與所述齒盤接觸的接近開關，採集發電機轉動時的脈衝信號，並將脈衝信號輸送至所述過速保護裝置；C所述過速保護裝置中的轉速檢測電路對脈衝信號進行初步的處理，並將所述脈衝頻率信號轉變為佔空比可調的負向脈衝信號；D所述負向脈衝信號通過兩個途徑進行傳輸一路信號經過所述過速判斷及保護電路處理後得到信號處理值，並將所述信號處理值和所述轉速臨界值進行比較，比較結果通過所述繼電器送出，所述繼電器送出的幹節點信號通過所述總線送到所述控制系統，所述控制系統根據得到的幹節點信號對風機是否過速做出判斷，並執行相應的動作；另一路信號直接通過所述總線送到所述控制系統，所述控制系統對所述信號進行相應處理從而得到信號處理值，所述信號處理值和所述控制系統內已設定轉速臨界值進行比較，進行過速判斷。
2.根據權利要求1所述電機過速保護方法，其特徵在於，所述轉速臨界值在0 35轉 /分鐘範圍內。
3.根據權利要求1所述電機過速保護方法，其特徵在於，所述負向脈衝信號在進行第 二路信號傳輸過程中，所述控制系統可直接讀取轉速信號，並顯示於客戶端。
4.根據權利要求2所述電機過速保護方法，其特徵在於，所述信號處理值大於或等於 所述轉速臨界值，所述過速保護裝置通過所述控制系統進行故障報警。
5.根據權利要求4所述電機過速保護方法，其特徵在於，所述過速保護裝置可以單獨 進行過速對比及處理，也可以通過所述控制系統實現過速對比及處理。
全文摘要
本發明公開了一種風力發電機組發電機過速預警保護方法，通過接近開關、齒盤、過速保護裝置、總線及風機控制系統實現發電機過速預警保護，包括以下步驟過速保護裝置由轉速檢測電路、過速判斷及保護電路和繼電器組成，在過速判斷及保護電路設置轉速臨界值；通過與齒盤接觸的接近開關，獲取發電機脈衝信號，並將脈衝信號輸送至過速保護裝置；過速保護裝置中的轉速檢測電路對脈衝信號進行初步的處理，並將脈衝頻率信號轉變為佔空比可調的負向脈衝信號；負向脈衝信號通過兩個途徑進行傳輸一路信號傳輸至過速保護及判斷電路後經過處理與轉速臨界值進行比較，並做出過速判斷；另一路信號直接通過總線送到控制系統，控制系統進行過速判斷。
文檔編號H02H7/06GK101860012SQ20091008171
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月9日 優先權日2009年4月9日
發明者朱超林, 王東亞, 韓東偉 申請人:北京天源科創風電技術有限責任公司