雙饋風力發電機組的安全鏈單元的製作方法

2023-07-24 02:35:21

專利名稱：雙饋風力發電機組的安全鏈單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發電機組的安全鏈單元。
背景技術：
目前在各種類型風力發電機組的控制系統中，安全鏈迴路均採用單通道輸入，單 通道輸出的形式，等級和安全性能都較低，當安全鏈中的某個節點發生故障，就會造成機組 停機，直到系統維護完成。或者以犧牲機組安全為代價，短接或屏蔽故障點換取機組的暫時 工作。而且對於單通道輸出安全鏈，在安全鏈迴路輸出繼電器的觸點發生粘連時，就會造成 安全鏈無輸出或常輸出，從而威脅機組的安全。專利2010100171 . 0提出了一種單通道安全鏈結構。該安全系統包括電源、紐纜 開關、振動保護開關、電網保護開關、變流器保護開關、機艙和塔座急停按鈕、分布式心跳監 視開關、轉速保護開關和安全繼電器。該安全系統將以上節點以常閉觸點的形式串聯成一 條迴路，當任何一點動作後，安全繼電器動作，控制系統執行安全停機。專利2010100171 . 0提出的安全鏈使用的是單通道輸入的方式，其主要缺點是 當鏈條中的任意一個器件故障時，安全系統就無法正常工作，導致機組停機，直到故障修 復，引起機組的長時間停機，影響機組發電效率。

發明內容
本發明的目的是克服現有單通道安全鏈系統出現故障後無法正常工作，影響機組 發電效率的缺點，提出一種具有雙通道輸入輸出的安全鏈系統，以便對風機的極端情況做 更嚴密的保護。本發明採用以下技術方案本發明雙饋風力發電機組的安全鏈單元包括六個組成部分供電電源、安全繼電 器、第一組安全觸點、第二組安全觸點、安全鏈復位按鈕和安全鏈輸出控制繼電器，上述部 件之間以安全繼電器為核心，通過硬接線將供電電源、第一組安全觸點、第二組安全觸點、 安全鏈復位按鈕和安全鏈輸出控制繼電器接入安全繼電器的相應通道電源的輸出接入安 全繼電器的電源端；第一組安全觸點和第二組安全觸點分別接入安全繼電器的兩個輸入 通道；安全鏈復位按鈕接入安全繼電器的復位埠 ；安全鏈單元的輸出由兩個繼電器組組 成；這兩個繼電器的線圈並聯後再分別接入安全繼電器的兩個輸出通道。所述的安全鏈單元是一個以安全繼電器為核心部件的硬體的機組安全保護迴路。 安全鏈單元獨立於雙饋風力發電機組的控制系統工作，安全鏈單元與風力發電機組控制系 統的中央控制器通過看門狗信號連接起來，監視風力發電機組的控制系統的工作狀態。安 全鏈單元與機組的控制系統之間的信號聯繫是雙饋風力發電機組控制系統向安全鏈單元 發送持續的看門狗脈衝信號，安全鏈單元接收到此脈衝信號後給所述的雙饋風力發電機組 控制系統的中央控制器發送安全鏈閉合信號，然後中央控制器再給控制系統的其他單元， 如機艙控制單元、變流器通訊單元、變槳系統通訊單元等發送安全鏈閉合信號，機組才能進行正常的工作。本發明所述控制系統的中央控制器放置在塔基櫃內構成塔基控制單元，機 艙控制器放在機艙控制櫃內構成機艙控制單元，塔基控制單元與機艙控制單元之間採用光 纖乙太網方式連接。安全鏈單元的核心器件安全繼電器放在機艙控制櫃內。本發明的安全鏈單元的工作原理如下所述的雙饋風力發電機組控制系統上電 後，機組可以通過復位按鈕來復位安全鏈，安全繼電器得到復位信號後，檢查安全繼電器的 兩路輸入，如果全部輸入信號急停按鈕沒有按下，左紐纜開關未觸發，右紐纜開關未觸發， 振動開關未觸發，超速繼電器沒有觸發，控制系統CPU發出看門狗信號，則安全繼電器輸出 通道有24V輸出，接在安全繼電器輸出通道的接口繼電器得電，由該繼電器的輔助觸點控 制的執行機構的電源接通，執行機構動作；反之如果輸入通道中的任何一個輸入點沒有閉 合，安全繼電器沒有輸出。本發明具有以下特徵(1)本發明的安全鏈單元中採用PILZ的安全繼電器PONZ X3P。安全繼電器內置 雙核CPU;該安全繼電器具有雙輸入和單輸入兩種選擇，本發明雙饋風力發電機組控制系 統的安全鏈單元採用雙路安全觸點，同時接入安全繼電器的雙輸入通道；安全繼電器自帶 3個安全輸出觸點，可以同時控制多路輸出信號；(2)安全繼電器有手動復位和上電自動復位兩種復位方式；控制系統可以選擇使 用手動復位或上電自動復位，但是只能選擇其中一種；(3)控制系統的外圍安全觸點使用兩路，這就要求每個執行機構要提供兩對接入 安全鏈的常閉觸點。本發明的有益效果本發明電路實施簡單，又可以有效的起到保護作用，主要優點(1)本發明控制系統的安全鏈有單輸入和雙輸入兩種選擇，當安全鏈中的某一個 或幾個觸點故障，只要觸點不重複，就可以將非故障觸點相連，接入安全繼電器的單輸入通 道，這樣又構成了常規機型的安全鏈，可避免常規控制系統中當安全鏈的某一個環節出現 故障時，需要停止機組運行或暫時屏蔽故障讓機組繼續運行帶來的風險，減少機組停機時 間；(2)安全繼電器的兩個輸入通道內置了兩個脈衝發生器，可以發出兩個不同頻率 的脈衝，如果兩組輸入觸點發生短路，就會在兩個通道得到兩個相同頻率的脈衝，測試人員 就可以及時發現故障所在；(3)安全鏈的外部輸出迴路也採用了雙繼電器控制迴路，這樣又大大降低繼電器 的故障率，同時由於控制輸出迴路較多，可以通過繼電器的輔助觸點進行擴容。


圖1控制系統結構圖；圖2安全鏈迴路電氣原理圖；圖3安全鏈迴路動作軟體流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
進一步說明本發明。
圖1給出的是應用本發明的安全鏈單元的控制系統的結構圖。該雙饋風力發電 機組控制系統採用兩櫃式設計，即包括塔基櫃和機艙櫃兩個部分。該控制系統主要包括塔 基控制單元、機艙控制單元、安全鏈單元、變流器通訊單元、變槳系統通訊單元、中央監控系 統(SCADA)通訊單元和人機操作界面(HMI)單元。塔基控制單元放在塔基櫃內，機艙控制 單元放置在機艙櫃中。塔基櫃控制單元與機艙控制單元之間採用光纖乙太網方式連接，在 塔基控制單元和機艙控制單元之間增加兩個工業乙太網交換機作為接口模塊。所述的控制 系統與變流器通訊單元、變槳系統通訊單元之間的通訊均採用PR0FIBUS-DP通訊方式；塔 基控制單元與SCADA單元和HMI單元均採用乙太網通訊，由於SCADA單元需要組網，所以在 SCADA單元側增加一個工業乙太網交換機。本發明安全鏈單元與該控制系統通過看門狗信 號連接起來。以上塔基控制單元、機艙控制單元、安全鏈單元、SCADA單元和HMI單元在現 代風力發電機組中屬於常規設置單元。圖2所示為本發明雙饋風力發電機組控制系統中的安全鏈單元的主要構成。如圖 2所示，安全鏈單元包括供電電源1、安全繼電器2、第一組安全觸點3、第二組安全觸點4、 安全鏈復位按鈕5和安全鏈輸出控制繼電器組6。其中第一組安全觸點3包括左紐纜開 關3. 1、超速繼電器開關3. 2、看門狗繼電器開關3. 3、右紐纜開關3. 4、振動開關3. 5、急停按 鈕開關3. 6 ；其中第二組安全觸點4包括左紐纜開關4. 1、超速繼電器開關4. 2、看門狗繼 電器開關4. 3、右紐纜開關4. 4、振動開關4. 5、急停按鈕開關4. 6。所述的看門狗信號用以 檢測風力發電機組控制系統的CPU的死機等故障；所述的超速信號用於防止風機過速；所 述的左右紐纜信號防止風力發電機組的過度紐纜；所述的振動信號防止風機過振動；所述 的急停信號用於在極端情況下緊急停機。安全鏈單元的六個組成部分供電電源1、安全繼電器2、第一組安全觸點3、第二 組安全觸點4、安全鏈復位按鈕5和安全鏈輸出控制繼電器組6之間用硬接線相互連接，供 電電源1的輸出接入安全繼電器2的電源端；第一組安全觸點3和第二組安全觸點4分別 接入安全繼電器2的兩個輸入通道S21、S22和S31、S32 ；復位按鈕5接入安全繼電器的復 位埠 S33、S34 ；兩個安全鏈輸出控制繼電器組6由兩個繼電器2K1、2K2組成，這兩個繼電 器Ι1、2Κ2的線圈先並聯，然後再分別接入安全繼電器的輸出通道13、14和23、24，以上六 個部分之間以硬接線的方式相連。本發明的工作原理如圖2所示第一組安全觸點3和第二組安全觸點4以常閉的 形式串進安全繼電器2的兩個輸入通道S21、S22和S31、S32，所述的兩個輸入通道S21、S22 和S31、S32同時工作，其中風力發電機組任何一個環節的故障都會引起安全鏈斷開，機組 緊急停機。該安全繼電器2還內置一個單輸入通道Sll、S12，這個單輸入通道與兩個輸入 通道並行，當兩個輸入通道發生故障時，可以使用單輸入通道，以保證機組的正常工作。當 安全鏈單元中的某個節點故障時，可將兩個輸入通道中的一組接入單輸入通道S11、S12，使 安全鏈可正常使用。安全繼電器的復位埠 S33、S34用來接收安全鏈復位信號，此信號是個脈衝信 號，安全繼電器檢測到復位信號後，對安全繼電器2的兩個輸入通道S21、S22和S31、S32的 輸入信號進行自檢，當輸入通道S21、S22和S31、S32的第一組安全觸點3和第二組安全觸 點4都是閉合狀態，安全繼電器有電信號輸出，安全繼電器的復位埠 S33、S34連接安全鏈 單元中的復位按鈕，與其他外部迴路沒有任何聯繫。復位埠 S33、S34是手動復位通道，接入了一個手動復位按鈕，也可以接入多個復位按鈕，按鈕之間並聯連接；當按下復位按鈕， 安全繼電器檢測到復位脈衝，如果輸入通道的全部常閉觸點閉合，則安全繼電器輸出MV， 安全鏈閉合。安全繼電器2的S13、S14是一組自動復位埠，當選擇手動復位時，不能將自 動復位通道短接，由此安全繼電器會得到一個不間斷的復位輸入，致使安全繼電器無法正 常工作，所以將安全繼電器2的自動復位埠 S13、S14懸空。安全繼電器2的兩個輸出通道13、14和23、24同樣也使用了兩個繼電器控制執行 機構的供電輸出。安全繼電器2的輸出通道接安全鏈單元中的安全鏈輸出控制繼電器組6 的線圈，安全鏈閉合後，源於安全繼電器自身的工作特性，安全繼電器2的輸出通道會有電 壓輸出，安全鏈輸出繼電器組6線圈帶電，串入執行機構供電迴路的輸出繼電器輔助觸點 得電，執行機構帶電，反之失電。輸出繼電器組6的兩個繼電器2K1、2K2，當其中一個繼電器 的觸點發生粘連時，另一個繼電器的觸點可以斷開執行機構的供電。整個安全鏈單元的工作原理是將第一組安全觸點3和第二組安全觸點4接入安 全繼電器的輸入通道，將復位按鈕5接入安全繼電器的復位通道，將輸出繼電器組6接入安 全繼電器的輸出通道，將供電電源1接安全繼電器的電源端。按下復位按鈕，安全繼電器檢 測到復位按鈕發來的復位脈衝，開始系統內部自檢，如果安全繼電器檢測到輸入通道的全 部輸入正常，則安全繼電器自身的輸出通道發出電壓信號，此電壓信號發送到安全鏈輸出 繼電器的線圈，使安全鏈輸出繼電器的線圈得電，從而控制安全鏈輸出繼電器的觸點吸合， 進而控制風力發電機組執行機構的得電與失電。安全鏈單元工作完成。本發明可應用在其他機型的控制系統中；也可以根據機組實際情況改變安全鏈的 輸入輸出點數和信號內容，都可以實現同樣的控制目標。圖3給出了安全鏈單元的工作流程，安全鏈單元按如下邏輯工作101風力發電機 組控制系統開始上電自檢，102判斷機組狀態是否正常，如果不正常進入104報系統故障， 否則進入103，按下復位按鈕，程序進入判斷，105判斷看門狗信號，如果看門狗正常，進入 106判斷左紐纜是否達到極限，如果左紐纜未達到極限，進入107判斷右紐纜是否達到極 限，如果右紐纜未達到極限，進入108判斷振動信號，如果振動信號未達到極限，進入109判 斷轉速信號是否達到極限，如果轉速信號未達到極限，進入110判斷急停信號是否有效，如 果急停按鈕釋放則進入111安全鏈可以復位，以上對機組狀態、左紐纜、右紐纜、超速、振動 和急停信號判斷中，如有一條不成立則進入112，安全鏈不能復位。
權利要求
1.一種雙饋風力發電機組的安全鏈單元，其特徵在於，所述的安全鏈單元包括供電電 源(1)、安全繼電器O)、第一組安全觸點(3)、第二組安全觸點G)、安全鏈復位按鈕(5)和 安全鏈輸出控制繼電器組(6)；供電電源⑴的輸出接入安全繼電器(2)的電源端；第一組 安全觸點(3)和第二組安全觸點(4)常閉的形式分別接入安全繼電器(2)的兩個輸入通道 (S21、S22、S31、S32)；復位按鈕( 接入安全繼電器的復位埠(S33、S34)；兩個安全鏈輸 出控制繼電器組(6)由兩個繼電器(11、1幻組成，所述的兩個繼電器ΟΚ1、2Κ2)的線圈 並聯後分別接入安全繼電器的兩個輸出通道(13、14、23、24)。
2.按照權利要求1所述的雙饋風力發電機組的安全鏈單元，其特徵在於，所述的安全 鏈單元採用兩組安全信號，即第一組安全觸點(3)和第二組安全觸點(4)作為安全鏈單元 的輸入，安全繼電器O)的兩個輸入通道(S21、S22，S31、S32)同時工作。
3.按照權利要求1所述的雙饋風力發電機組的安全鏈單元，其特徵在於，所述的安全 繼電器O)內置有單輸入通道(Sll、S12)，所述的單輸入通道(Sll、S12)與所述的兩個輸 入通道(S2US22, S3US32)並行。
4.按照權利要求1所述的雙饋風力發電機組的安全鏈單元，其特徵在於，所述的第一 組安全觸點(3)和第二組安全觸點(4)均包括左紐纜信號、超速信號、看門狗信號、右紐纜 信號、振動信號和急停信號。
全文摘要
一種雙饋風力發電機組的安全鏈單元，包括供電電源(1)、安全繼電器(2)、第一組安全觸點(3)、第二組安全觸點(4)、安全鏈復位按鈕(5)和安全鏈輸出控制繼電器組(6)；供電電源(1)的輸出接入安全繼電器(2)的電源端；第一組安全觸點(3)和第二組安全觸點(4)常閉的形式分別接入安全繼電器(2)的兩個輸入通道(S21、S22、S31、S32)；復位按鈕(5)接入安全繼電器的復位埠(S33、S34)安全鏈輸出控制繼電器組(6)的兩個線圈(2K1、2K2)並聯分別接入安全繼電器的輸出通道(13、14、23、24)。兩個輸入通道(S21、S22、S31、S32)同時工作。安全繼電器(2)內置有單輸入通道(S11、S12)與所述的兩個輸入通道(S21、S22、S31、S32)並行。
文檔編號F03D7/00GK102080627SQ20111005068
公開日2011年6月1日 申請日期2011年3月3日 優先權日2011年3月3日
發明者馮成, 王洪彬, 谷海濤 申請人:北京科諾偉業科技有限公司