变浆系统技术规范V961.docx
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变浆系统技术规范V961
2006-10-06
明阳1.5MW风力发电机组变浆系统技术规范书
１
文档号：
V-96.1-BV.MR.00.00-A-A
变浆驱动系统
明阳1.5MW风机变浆驱动系统
技术规范书
广东明阳风电技术有限公司
中山市火炬高新技术产业开发区大岭工业区
528437，中国
2006-10-06
明阳1.5MW风力发电机组变浆系统技术规范书
2
文档号：
V-96.1-BV.MR.00.00-A-A
变浆驱动系统
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Ａ
2006-10-06
－
第一版
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名称
文件号
版本号
负载计算
C-96.1-GP.00.00.01-A
A
变浆方块图
S-96.1-BV.MR.00.01-A
A
防腐蚀保护技术规范
V-96.1-GP.K0.00.00-A
A
主控箱图
Z-96.1-BV.NB.00.01-A
A
轴控箱图
Z-96.1-BV.NB.00.02-A
A
电池箱图
Z-96.1-BV.NB.00.03-A
A
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文档号：
V-96.1-BV.MR.00.00-A-A
变浆驱动系统
1．概要……………………………………………………………………………………………4
1.1功能描述……………………………………………………………………………………4
2.交货范围…………………………………………………………………………………………6
3.负载………………………………………………………………………………………………7
3.1最大负载……………………………………………………………………………………7
3.2常规停机负载………………………………………………………………………………8
3.2日常变浆操作负载…………………………………………………………………………9
4.变浆电机技术资料……………………………………………………………………………11
4.1电机接口尺寸………………………………………………………………………………12
5.传感器和开关…………………………………………………………………………………13
6.电气柜…………………………………………………………………………………………13
6.1转换柜（轴控箱）…………………………………………………………………………13
6.2电池柜（电池箱）…………………………………………………………………………14
6.3中央控制箱…………………………………………………………………………………15
6.3.1PLC……………………………………………………………………………………15
6.3.2电池充电器……………………………………………………………………………16
7.叶片位置控制…………………………………………………………………………………17
8.接口……………………………………………………………………………………………18
8.1供电电源……………………………………………………………………………………18
8.2控制系统电源………………………………………………………………………………18
8.3硬件连接信号………………………………………………………………………………18
8.4通讯…………………………………………………………………………………………18
9.试运行，允许环境………………………………………………………………………………20
10.标准……………………………………………………………………………………………21
11.需求条件………………………………………………………………………………………21
12.运行环境………………………………………………………………………………………22
13.防腐保护………………………………………………………………………………………22
14.附属文件………………………………………………………………………………………23
15.质量保证………………………………………………………………………………………23
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文档号：
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变浆驱动系统
1.概要
这个技术规范是基于明阳1.5MW（额定功率1500kw）风力发电机组变浆系统编写的。
每个页片都有其自己对应的一套变浆系统，所有的电气部件，包括轮毂中的电池
和变浆控制系统都以一定的速度在转动。
（见第12章运行环境）
旋转产生了一个对轮毂中的所有部件产生了一个永久的向心力，且这个惯性力的
方向是时刻变化的而不管叶片是在加速或是减速。
（日常启动，加速和减速）
把变浆驱动部件按要求的尺寸和位置安装固定好，轮毂中系统的精确位置和排列
才能被确定。
整个风力发电系统将按“正常”和“寒冷气候”二个不同的外部环境定义二个不
同的配置。
（见运行环境第12章）
1.1功能描述
变浆系统的功能是控制风力发电机叶片转到设定的角度。
它连接了三个转动的叶片并控制叶片的角度，所以变浆系统必须能控制风电发电
机的功率或者通过空气制动装置使其停止。
每个叶片的根部都在转动的轮毂中旋转相连（轴承），通过内部的边齿固定。
每个
叶片都是独立安装的，但变浆系统通过轴承齿轮啮合控制它们同步工作。
在日常操作时，为控制功率变浆角一般设为0度到30度（风速为12到25m/s），通过
变浆角度的调节叶片转速保持恒定。
如果需要停止叶片转动，只要将叶片从90度位置调整到顺浆。
风电发电机组系统的一些关断程序需要变浆系统的电池充电运作，所以在某些恶
劣条件下（叶片角为93度）充电时，系统必须有另外的电池来保证一次单独关断
程序的运行。
大多数的电池被设计直接连接到未进行同步操作的电机上，还有一
个冗余限位开关（在100度），当主限位开关（在91度）失败时，由其切断变浆驱动
系统。
当电池由于系统故障而导致太长时间没有使用时，主舱控制器将对其进行充电和
电池环境检测以确定电池功能是否正常。
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变浆驱动系统
每个变浆驱动都装备了一个独立的编码器（连接到电机的Ｎ端），还有一个冗余
编码器安装在叶片根部轴承齿轮上检测变浆角度。
机舱控制器计算每个叶片上二个编码器信号的平均值，而变浆控制器一般只需要
连接到电机Ｎ端的那个编码器产生的信号。
只有当这个编码器信号检测失败时，机
舱控制才会把安装在轴承上的编码器信号发送给变浆控制器。
如果连续检测到叶片的冗余编码器信号偏离在设定的极限值之上,一个停止程序
将被启动。
只有当叶片停止转动后变浆驱动会运行硬件参考位置校准（91度限位开
关），这个过程由机舱控制器控制。
进行较准后机舱控制器可能把轴承编码器上的
信号传递给变浆控制器。
当变浆驱动再次离开硬件原始位置，限位开关后面的开关
将会为90度的顺浆位置设置一个新的软件参考值。
变浆驱动的正常运行时刻被同
步操作（所有驱动和发送到目标位置的精确信号之间的）监视。
图1.1轮毂中各部件的布局
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变浆驱动系统
2.交货范围
完整的驱动系统（依据控制部件描述）这包括：
三个直流电机（包括）
停顿热化
温度传感器
刹车
转速传感器（速度传感器）
绝对编码器
独立驱动风扇
六个机械限位开关
三个绝对编码器（作为冗余传感器安装在叶片轴承上）
三个大功率变换器（安装在三个独立的柜舱内）
三个电池组（安装在三个独立的柜舱内）
电池组充电器（柜舱内）
一个用于变浆控制的PLC控制器（安装于中央控制柜）
单相控制器（连接到基于三相+N的电源）
轮毂中有为维护人员准备的出口和照明设备
轮毂中有测温的温度传感器
整套电缆包括轮毂中连接所有部件的电源连接器
运输包装
技术文档
接下来提到的变浆系统部件不属于变浆驱动系统交货范围：
叶片轴承
适合的小齿轮
滑环单元
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变浆驱动系统
3.负载
以下列出数据为电机尺寸，整流器和电池组（均为单驱动（叶片））
风力发电系统可利用的最小的运行周期和工作时间为20年，负载的改变需参照电机
的转矩变化。
叶片轴承轴线和驱动电机的全比率i=1800
3.1最大负载
最大加速转矩（负载情况B1DLC1.3d1-1）：
Mmax=65Nm
最大静态转矩（变浆90度，负载情况A1DLC6.2-6）：
Ｍstatmax=42Nm----------电机制动必须相应的度量
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变浆驱动系统
3.2常规停机负载
停机时电网供电：
电机转速1500转/分（5度/秒），基于变换器
停机时电池充电：
平均/电机最大转速：
2100转/分/3000转/分（7度或10度每秒）
图3.1 停机时电网充电电机转矩示意
电池组运行负载（B3-DLC1.5-b1）：
紧急停机时初使转矩，变浆角度:
0度； 约62Nm
紧急停机时停止转矩，变浆角度:
90度； 约8Nm
图3.2停机时电池充电电机转矩示意图
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变浆驱动系统
图3.3停机时电池充电电机转矩转速示意
3.3日常变浆操作
下面图表中的数据是有关变浆电机的，它包含了足够的信息（包括转子的加速力矩）。
使用SHFRP37.5叶片（IECTC2Ａ+）的变浆系统工作时间要长于使用SINOMA40.2叶片（IECTC3A+）的变浆系统。
表3.1SHFRP37.5叶片变浆系统仿真结果
变浆系统能在20年的运行周期中最大的工作时间约为32344个小时
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变浆驱动系统
图3.4日常操作转矩示意图（12m/s）
图3.5整流反馈时电机转矩转速曲线
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文档号：
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变浆驱动系统
4.变浆电机技术资料
一个变浆驱动（叶片）应该对应一个电机，在进行充电操作期间，必须作适当的测
速以限制电机转速以避免超速运行。
齿轮通过法兰盘连接，从动轴必须有一个符合
DIN6886标准的导向键。
连接到（Ｄ端）电机轴的是一个和齿轮同心的轴，它是空
心的。
电机数据
类型：
直流发电机
最大转速
3000转/分
电机平均转速
250转/分
电机额定转矩（起动均方转矩）
19Nm
电机最大操作转矩（0.5S）
65Nm
制动停机转矩（电力制动）
42Nm
制动转矩最大建立周期（断电）
50ms
制动转矩最大衰减周期（上电）
100ms
电机最大功率（0.5s）
6.5KW
额定电压
280V-DC
保护等级
IP54
速度传感，转速传感器
15V-DC/1000rpm
绝对编码器分辨率
4096*4096rev.*bits/rev
转子稳定等级（符合ISO1940）
G2.5
最大质量惯性矩
0.05kgm2
电机的其他特性：
独立风扇（由交流电机驱动）和自动调温器
停顿升温
多线圈保护，电热调节器（切断信号冗余2X）
温度传感器（监视信号送到机舱控制器）
电机的发热量是依据额定转矩来设计的。
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变浆驱动系统
4.1电机接口尺寸
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变浆驱动系统
5.传感器和开关
除了电机和电气舱柜上的传感器和开关，以下的传感器和开关同样也被使用：
传感器，开关
第二冗余编码器分辨率
4096*4096rev.*bits/rev
机械限位开关91度A 最大开关电压
最大开关电流
300VDC
1A
机械限位开关100度 最大开关电压
最大开关电流
300VDC
1A
轮毂中温度转感器的测温范围
-40度到+70度摄氏度（pt100）
所有的传感器和开关必须是抗腐蚀的，由优质的金属包装（符合保护等级IP65）每个
限位开关必须有良好的开关触点。
6.电气柜
有关舱柜功能的数据资料能在“变浆结构图”（见第二页，“可以利用的文件中”）
中找到。
每个舱柜配有一个自动调温控制器加热系统。
要注意必避任何部件定位装配时出现相互限制的情况，如果有很重要的部件安装时
可能出现这种情况将会在提供的文档中单独的提出来。
为了更好的消除地心引力对
开关系统的影响，所有的开关连接必须与它们的运行轴平行（与轮毂或转子轴平行）。
舱柜内的所有保险丝必须能够自动熔断，熔断与否取决于它们对振动的敏感度。
舱
柜应该由不锈钢制作，保护等级为IP54.
为了轮毂内所有部件更好的安装，舱柜的所有表面和出口（直接面对轮毂中心）必须
能分别承受100Kg和200Kg的压力，以便于维护人员能够进入到里面。
舱柜的尺寸被
单独的图示出来（见第二页，“可利用的文件”）
6.1转换柜（轴控箱）
每一个变浆驱动（叶片）都配有一个转换柜（轴控箱），它连接到电机和传感器，主
舱窗外有一个用来使能和禁止转换柜的主开关，为这只叶片（轴）提供电源的电池
柜也同样受它控制。
转换柜将会被安装在轮毂中的与叶片轴承平行的位置上。
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变浆驱动系统
功率转换数据
类型:
IGBT
电网频率
50Hz
电网电压（由主控柜变压器提供）
３*400V-AC
最大直流电压
暂未定义
额定电流（输出电流）
暂未定义
４秒短时电流
暂未定义
设定的模拟接口输入的流量值
+/-10V-DC
变流器必须允许通过短时（1S）制动电流，它的值为最大电流的50%。
变流器通过
四象限模型控制或者制动断路器来阻止由变浆驱动电机（能快速转动但由变浆系统
精确控制）造成的反馈制动。
6.2电池柜（电池箱）
每一个叶片的变浆驱动都由一个独立的电池箱供电，它安全地固定在里面，它的位
置能够确保在轮毂转动时甚至不会有丝毫的抖动。
电池柜将会被安装在轮毂内转
换箱（轴控箱）的右边（与叶片轴承平等）。
紧急停机时电池设定数据
类型：
免维护主电池（基于ＡＧＭ工艺）
额定直流电压
288V-DC
停机初使电流
暂未定义
停机持续时间
13S
额定电压（每个单独的电池）
12V-DC
电池容量（设定）
7.2Ah
电池数量
24块
每年使用的电池数量
50
电池所必需具备的使用寿命在第11章中指出。
电池充电时要考虑温度因素，每个电池箱都有一个温度传感器，用来调节充电过
程。
此外，还有一个PT100用来控制加热。
温度信号将会被传输到控制站，由控制
站里的开关来加热。
而电池箱里面没有开关，它的表面会装配上一层通风的隔膜以
用来阻止水气进入到箱内（暂定保护等级为IP54）。
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变浆驱动系统
6.3中央控制箱
中央控制箱包括PLC控制器和充电器，还有各变浆系统部件的配线端子。
外部接口
要求有过电压保护（防雷措施）
舱体要求用不锈钢制作，保护等级为IP54，配有一个外部温度传感器，出口和照明
设备必须安装在中央控制箱内，以便于维修人员工作。
舱柜的外窗上有一个紧急停机按钮，它是绝缘的，通常连接在靠近保险圈的地方。
中央控制箱安装在与驱动主轴相连的轮毂里面（与轮毂对齐）。
6.3.1PLC
PLC数据：
类型：
可编程逻辑控制器（带串行接口和操作面板）
供电电压：
24V-DC
串行接口：
profibus
数字传感器接口数量：
6（ssi接口）
模拟量输入：
7（4*PT100,3*4…20ma）
模拟量输出：
3（0-+/-10V）
数字量输入：
暂未定义（24V信号）
数字量输出：
暂未定义（24V信号）
必须保证手动操作变浆电机时可以进行维护和维修工作，这些能够依靠操作面板可
以做到。
（通过机舱控制器的维修开关可以激活手动操作模式）。
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变浆驱动系统
6.3.2电池充电
电池充电器技术资料
供电电压
400V-AC,50Hz
电池包额定直流电压
288V-DC
最大输出电压
320V-DC
充电电流
暂未定义
其它特性：
低电压/过压监控
电池未连接或充电器失压监控
电池温度监控（只从一个电池箱）
依靠温度充电
每个叶片的电池箱中的电池都是相邻的，通过依序选择它们的充电器，使其持续的
进行充电，这个过程是由中央控制箱内的PLC控制器通过可变电流接触器实现的
6.4电缆连接
这里提到交货电缆包括所有信号（例如插头）和整个变浆系统的电源电缆，这些都
是连接各部件之间所必需的缆线，还有就是连接到滑环单元的电缆。
变浆系统的接
口要求有一组带插头和能放到细狭通道中的电缆来实现到滑环的连接。
滑环单元到机舱控制器的连接电缆不属于交货范围。
只有“HartingHan”类型或与这相当的连接器才被允许使用。
这些连接器上要求用
涂上绝缘层，由防腐蚀材料制作，并且符合电磁兼容标准。
提供了金制导线用于低于５V和５mA的信号
电源电缆和信号电缆是分隔开的。
电源电缆要求的保护等级是IP65。
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变浆驱动系统
7位置控制
变浆角度由PLC控制器控制
整个系统的运作由电动机的惯性力所驱动，有一个可调斜坡加速度用来限制动力。
默认：
670ms的斜坡时间（从0到3000转/分）
这个参考对应叶片轴变浆加速度（15度/S2）
位置控制永远处于被监控之中
位控允许误差
允许的驱动力偏差
+0.75~-0.75度
允许的目标位置误差
+0.1~-0.1度
驱动力偏差定义：
由PLC根据额定速度和位置的标称值得出瞬时位置的计算值。
驱动力偏差的等于
实际值与这个计算值的差值，三个驱动电动有各自的驱动力偏差值。
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变浆驱动系统
8.接口
舱柜内控制器的连接电缆和所有供电电缆与轮毂中的变浆控制系统通过一个滑环
单元进行连接。
8.1供电电源
电压：
3*400V（+/-10%）50Hz（+N）
额定连接电流：
（快速定义）_A（连续）
最大电流：
（快速定义）_A（锋值2S）
8.2控制系统供电电源
采用的供电电源接口是基于3X400V+N
变浆驱动系统能够通过自身转换得到一个单相220V的交流电源。
原装型（具有）：
在原装型系统中，有一个额外的单相220V交流输出连接到一个独立的测量系统，
接下来产品中不具有。
8.3硬件连接信号
所有的安全信号通过滑环传输（24V信号）
包括以下信号：
机舱到轮毂的安全信号
轮毂到机舱控制器的安全信号
从机舱控制器到轮毂的电网和电池控制信号，如果电能不足则需要马上启动电池
机舱控制器到轮毂的限位开关信号，由这个信号从93度位置启动变浆系统
从轮毂到机舱控制器的叶片93度位置信号（复合信号）
手动操作使能信号（从机舱控制器到轮毂）
8.4通讯
变浆控制器和机舱控制器的依靠profibus进行串口通讯
传输速度:
12M/s（兆/秒）
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变浆驱动系统
机舱控制器到变浆控制器的传输数据：
标称变浆角（2个冗余编码器信号，周期约60ms）
变浆驱动控制命令如：
复位信号，可变传感器信号，状态发送信号（当变浆系统空闲时）
变浆控制器到机舱控制器传输数据：
实际变浆角（2个冗余编码器信号）
变浆驱动电机电流
变浆驱动电机温度
操作状态信息如：
复位，启动，停止，参数错误（传感器信号）或者错误，手动操作，移动到90度位置，驱动力偏差
注意：
所有的部件按规定安装后具体的方案也必须被确定下来
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变浆驱动系统
9试运行，允许环境
变浆驱动系统的供应商承担了保证原型机的功能和维护文件正确性的责任（原型机
在出厂时
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