一种防止风机失火和飞车的装置和控制方法与流程

本发明涉及风电领域，具体来说，涉及一种防止风机失火和飞车的装置和控制方法。

背景技术：

目前风机高速轴在高转速刹车时持续产生大量摩擦热量和火花，热量会引起液压刹车卡钳快速升温，从而高温烧坏液压卡钳密封圈，进而引起液压油泄露，加上摩擦火花，可能会引起风机起火，由于风电机组属无人值守，一旦失火，因扑救不及时，会引起大面积的森林或草原着火，造成巨大的经济损失和人员伤害。

特别是液压整体变桨的风机，由于叶片轴承工作年限长，轴承滚道出现剥落，在大风期间发生容易变桨轴承卡涩，风机收桨受阻，从而导致飞车甚至倒塔事故。

为此，提出一种能同时防止失火和飞车的制动装置和控制方法，在发电机高速轴转速达到一定值后不刹车，排除风电机组失火的重要隐患，降低风电机组起火的风险。同时增加一键偏航功能，使风机快速偏离迎风面，达到迅速降低叶轮转速的作用，从而使风机避免飞车或倒塔的风险。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种防止风机失火和飞车的装置和控制方法，能够解决上述问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种防止风机失火和飞车的装置，包括控制器，其特征在于，所述控制器中预设定有一个转速值n1；所述控制器连接有叶轮转速传感器和风向传感器，所述控制器采集叶轮转速传感器和风向传感器的信号；所述控制器连接有偏航电机和辅助刹车装置；所述偏航电机用于带动机舱快速偏离迎风面；所述辅助刹车装置用于对高速轴提供制动力；所述控制器连接有急停按钮和停止按钮，所述急停按钮用于启动所述辅助刹车装置，所述停止按钮用于停止偏航电机的转动。

一种上述所述的防止风机失火和飞车的装置的控制方法，包括：

防止风机失火；

设定转速值n1，转速值n1的设定原则是辅助刹车装置能抱死高速轴且不会导致刹车盘温度超过液压油脂燃点；

控制器接收叶轮转速传感器的信号，并通过逻辑换算成高速轴转速，然后判断高速轴转速是否超过设定值n1；

如果风机转速小于设定值n1，则高速轴在风机有故障时刹车；

如果风机转速超过设定值n1，则控制器输出信号关闭辅助刹车装置的液压阀，使辅助刹车装置处于松开状态，从而使高速轴在风机有故障时也不刹车；

在按下急停按钮后，无论风机转速是否超过设定值n1，高速轴都刹车；

防止风机飞车；

在风机转速超过额定转速10%以内时，如果风机桨叶收不回来，则可手动按下偏航按钮启动紧急偏航；如果风机转速超过额定转速10%以上，则自动紧急偏航；按下停止按钮后，偏航立即停止；

启动紧急偏航后，控制器根据风向传感器信号自动调整机舱位置，并控制机舱朝向与实际风向偏离90°；

为了防止风机转速突变，风机转速超过额定转速后不立即脱网，而是在启动紧急偏航一段时间t1后再脱网；

启动紧急偏航t2时间后，对风机叶轮进行判断，当风机转速降低到n1时，启动辅助刹车装置刹车t3时间；

为了防止偏航过度，对紧急偏航设置最大偏航时间t4，达到最大偏航时间t4后立即停止偏航。

本发明的有益效果：

1、能够有效减少高速轴在风机高速的情况下刹车产生的火花和刹车片高温现象，降低机舱失火的风险，从而大大降低风机运行时风机设备和森林的火灾隐患。

2、能够降低因超速且气动刹车系统失效而造成飞车甚至倒塔风险。

3、减少了高速轴刹车的频率，增加了高速轴制动器的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1风机防飞车紧急偏航主电路图；

图2风机防失火和飞车装置控制电路图；

图3风机防失火控制逻辑图；

图4紧急偏航逻辑控制图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明实施例所述的一种防止风机失火和飞车的装置，包括控制器，其特征在于，所述控制器中预设定有一个转速值n1；所述控制器连接有叶轮转速传感器和风向传感器，所述控制器采集叶轮转速传感器和风向传感器的信号；所述控制器连接有偏航电机和辅助刹车装置；所述偏航电机用于带动机舱快速偏离迎风面；所述辅助刹车装置用于对高速轴提供制动力；所述控制器连接有急停按钮和停止按钮，所述急停按钮用于启动所述辅助刹车装置，所述停止按钮用于停止偏航电机的转动。

一种上述所述的防止风机失火和飞车的装置的控制方法，包括：

防止风机失火；

设定转速值n1，转速值n1的设定原则是辅助刹车装置能抱死高速轴且不会导致刹车盘温度超过液压油脂燃点；

控制器接收叶轮转速传感器的信号，并通过逻辑换算成高速轴转速，然后判断高速轴转速是否超过设定值n1；

如果风机转速小于设定值n1，则高速轴在风机有故障时刹车；

如果风机转速超过设定值n1，则控制器输出信号关闭辅助刹车装置的液压阀，使辅助刹车装置处于松开状态，从而使高速轴在风机有故障时也不刹车；

在按下急停按钮后，无论风机转速是否超过设定值n1，高速轴都刹车；

防止风机飞车；

在风机转速超过额定转速10%以内时，如果风机桨叶收不回来，则可手动按下偏航按钮启动紧急偏航；如果风机转速超过额定转速10%以上，则自动紧急偏航；按下停止按钮后，偏航立即停止；

启动紧急偏航后，控制器根据风向传感器信号自动调整机舱位置，并控制机舱朝向与实际风向偏离90°；

为了防止风机转速突变，风机转速超过额定转速后不立即脱网，而是在启动紧急偏航一段时间t1后再脱网；

启动紧急偏航t2时间后，对风机叶轮进行判断，当风机转速降低到n1时，启动辅助刹车装置刹车t3时间；

为了防止偏航过度，对紧急偏航设置最大偏航时间t4，达到最大偏航时间t4后立即停止偏航。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

目前风机的刹车系统有两个部分，一个是风机主刹车装置，通过桨叶收桨，利用空气动力学原理收桨叶，减少风能吸收量，相当于减少了风机旋转的动力；另一个是辅助刹车装置，通过高速轴上的刹车盘，利用液压或弹簧等外力制动高速轴，起动降低风机转速的作用。

现有的风机刹车控制策略是当风机转速超过额定转速时，风机立即脱网，主刹车和辅助刹车装置同时启动，当主刹车装置因为叶轮轨道腐蚀或收桨动力系统故障而失效时，仅靠辅助刹车装置不仅有效降低风机转速，造成风机飞车事故，而且辅助刹车持续摩擦刹车盘，使刹车盘高温引燃液压油脂，最终引发风机失火。

根据本发明的一种防止风机失火和飞车的装置和控制方法，包括主电路和控制器，控制器包括控制电路和控制逻辑。

主电路技术方案为，一般风机超速后，都会触发安全链，使风机主电源断开，因此本技术方案的主电路直接从箱变低压侧取690v作为偏航电机的独立电源，并增加2个接触器控制偏航电机的正反转，偏航主电路图如图1所示。

控制电路的技术方案为，利用控制器采集叶轮转速传感器和风向传感器的信号，通过显示屏设置自动偏航的转速值，以及偏航后高速轴刹车盘的开始时间和持续时间，控制器输出信号控制偏航系统的偏航电机和制动阀，以及高速轴的辅助刹车装置，控制电路如图2所示。

防止风机失火的控制逻辑是，先设定一个转速值n1，n1的设定原则是辅助刹车装置能抱死高速轴且不会导致刹车盘温度超过液压油脂燃点，风机机型和液压油脂不同，设定值不同，一般设为500rpm。控制器接收风机叶轮转速传感器信号，通过控制器逻辑换算成高速轴转速，判断高速轴转速是否超过设定值n1，如果超过，则控制器输出信号关闭高速轴刹车盘的液压阀，使高速轴辅助刹车装置处于松开状态，从而使高速轴在风机有故障时也不刹车；如果风机转速小于设定值n1，则高速轴在风机有故障时刹车；为了风机较高转维护人员的安全，无论风机转速是否超过设定值n1，在按下急停按钮后，高速轴都刹车，控制逻辑图如图3所示。

防止风机飞车的控制逻辑如图4所示，具体如下：

a)在风机转速超过额定转速10%以内时，如果风机桨叶收不回来，则可手动偏航按钮启动紧急偏航，如果风机转速超过额定转速10%以上，则自动紧急偏航，按下停止按钮后，偏航立即停止。

b)启动紧急偏航后，控制器根据风向传感器信号自动调整机舱位置，并控制机舱朝向与实际风向偏离90°；

c)为了防止偏航过度，对紧急偏航设置最大偏航时间t4，达到最大偏航时间后立即停止偏航；

d)启动紧急偏航t2时间后，对风机叶轮进行判断，当风机转速降低到n1时，启动高速轴制动器刹车t3时间。

为了防止风机转速突变，风机转速超过额定转速后不立即脱网，而是在启动紧急偏航一段时间t1后再脱网。

本发明的原理：

1.高速轴在风机高于一定转速后，在不按下急停按钮或启动偏航电机的情况下，不自动刹车，以此有效减少因高速轴在高速刹车时产生持续高温及火花现象，导致风力发电机组失火的风险。

2.在风机超速且气动刹车装置失效时，通过紧急偏航，减少风机风能的吸收，快速降低风机转速，达到防止风机飞车作用。

3.在风机超速时，紧急偏航一段时间后脱网，防止风机转速突变，降低飞车的风险。

4.启动紧急偏航后，根据风向仪信号判断机舱的位置，按最短距离快速偏离迎风面。

本发明通过一个控制器，接收并判断风机转速是否超过一定值，如果超过则控制器控制高速轴的辅助刹车装置，使高速轴不能自动刹车，除非人为按下急停按钮或者启动了偏航功能；同时设计偏航独立电源和控制电路，在风机超速且原气动刹车系统失效的紧急情况下，通过紧急偏航，使机舱快速偏离迎风面，大大减少风机对风能量的吸收，起到快速降低风机转速的作用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。