48-750电控系统使用手册070113

ICS

Q/JF

金风S48/750kW 风力发电机组

电控系统使用手册

版 本：A1 编 制： 校 对： 审 核： 标准化： 批 准：

新疆金风科技股份有限公司 发布

Q/JF 2-750.90 SM.5-2006

目次

前言................................................................................. II

1 范围 (1)

2 概述 (1)

3 配电柜 (3)

4 控制柜 (6)

5 机舱控制柜 (12)

6 电容补偿 (14)

7 OP170B操作说明 (15)

8 功能描述 (21)

9 系统参数设置清单 (25)

10 功能及故障列表 (27)

Q/JF 2-750.90 SM.5-2006

前言

本标准由新疆金风科技股份有限公司提出并归口。

本标准起草单位：新疆金风科技股份有限公司技术中心电控室

本标准主要起草人：王玲玲。

本标准历次发布情况为：

——Q/JF 2-750.90 SM.5-2006 A0版

本标准批准人：陈小海

金风S48/750kW风力发电机组电控系统使用手册

1 范围

本标准规定了金风S48/750kW风力发电机组电控系统的基本使用规则。

本标准适用于金风S48/750kW风力发电机组电控系统。

2概述

金风S48/750kW风力发电机组配备的电控系统以可编程控制器为核心，控制电路是由PLC中心控制器及其功能扩展模块组成。主要实现风力发电机正常运行控制、机组的安全保护、故障检测及处理、运行参数的设定、数据记录显示以及人工操作，配备有多种通讯接口，能够实现就地通讯和远程通讯，金风S48/750kW风力发电机组控制结构图如图2-1所示。

图2-1：金风S48/750kW风力发电机组控制结构图

金风S48/750kW风力发电机组的电气控制系统由配电柜、控制柜、机舱控制柜、传感器和连接电缆等组成，电控系统包含正常运行控制、运行状态监测和安全保护三个方面的职能。

配电柜：风力发电机组的主配电系统，连接发电机与电网，为风机中的各执行机构提供电源，同时也是各执行机构的强电控制回路。包括电容补偿回路，由于异步发电机要从电网吸收无功电流来励磁，使电网的功率因数降低，为了保证电网的供电质量和减少线路损耗，在发电机并网后通过并联电容对系统进行无功补偿。

控制柜：控制柜是机组可靠运行的核心，主要完成数据采集及输入、输出信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱柜通讯，接收机舱信号；与中央监控系统通讯、传递信息。

机舱控制柜：采集机舱内的各个传感器、限位开关的信号；采集并处理叶轮转速、发电机转速、风速、温度、振动等信号。

正常运行控制包括机组自动启动，发电机软并网，发电机运行，主要零部件除湿加热，机舱自动跟踪风向，液压系统开停，散热器开停，机舱扭缆和自动解缆，电容补偿分组投切以及负功率自动停机。

监测系统主要监测电网的电压、频率，发电机输出电流、功率、功率因数，风速，风向，叶轮转速，发电机转速，液压系统状况，偏航系统状况，润滑系统状况、齿轮箱状况、软并网状况，风力发电机组关键设备的温度及户外温度等，控制器根据传感器提供的信号控制风力机组的可靠运行。

安全保护系统分三层结构：计算机系统（控制器）、独立于控制器的紧急停机链和个体硬件保护措施。计算机系统保护涉及到风力机组整机及零部件的各个方面，紧急停机链保护用于整机严重故障及人为需要时，个体硬件保护则主要用于发电机和各电气负载的保护。

电控系统的设计和实施结果能够满足风力发电机组无人值守、自动运行、状态控制及监测的要求。

3 配电柜

配电柜是风力发电机组的主配电系统，连接发电机与电网，为风力机组中的各执行机构提供电源，同时也是各执行机构的强电控制回路；配电柜主要由主空开、电机接触器、旁路接触器、软启动装置以及防雷保护元件组成；通过反馈信号检测对接触器、电动机、供电电源等执行机构进行状态监测。

3.1 配电柜内主要元件标号含义

K2.9——旁路接触器

K2.11——大电机接触器

K6.2、K6.4、K6.6、K6.8、K6.10、K7.3、K7.5、K7.7、K7.9——电容接触器

QF1.2——主断路器（主空开）

TA1.4、TA1.5、TA1.6、TA1.7——电流互感器

QS1.9、QS2.4——熔断器负荷隔离开关

F1.9、F1.11——避雷器

G3.5——软启动装置

T2.4——690VAC～230VAC 5000VA变压器

3.2 主断路器（主空开）

3.2.1 主空开及其手柄示意图

图3-1 主空开及其手柄状态示意图

注意事项：如果空开处于跳闸位置，必须先将操作手柄至于断开位置后才能重新合闸

3.2.2 主空开脱扣器示意图

图3-2 主空开脱扣器示意图

3.2.3 主断路器脱扣整定说明

主空开手柄断开状态

主空开手柄闭合状态 主空开

表2 脱扣器保护参数的整定值

3.2.4 脱扣器微动开关位置示意

a ） 过载保护L （黑色方格为微动开关所处位置）：

I1=In×(0.4+

+0

.01

+0.02

+0.04

+0.08

+0.16+0.32

上

下

I1MAX=In

图3-3 脱扣器过载保护微动开关位置示意图

10A

1020

30

Class

b ） 短路保护I （黑色方格为微动开关所处位置）：

O

I3=In×(6+

+1

+2

+4

上

下

I

Max

Min

INPUT

K TIME

图3-4 脱扣器短路保护微动开关位置示意图

c ） 电动机堵转保护R （黑色方格为微动开关所处位置）：

1s

4s 7s

10s

t5

I5=I1×(3+

+1

+2

+4

上

下

R

图3-5 脱扣器电动机堵转保护微动开关位置示意图

d) 缺相及三相不平衡保护及脱扣复位设定、参数设定方式、操作模式（黑色方格为微动开关所处

位置）：

图3-6 缺相及三相不平衡保护、脱扣复位、参数设定、操作模式微动开关位置示意图

3.2.5 注意事项

由于柜内电源等级、控制执行机构、强电控制回路均较多，维护检修时应先切断主断路器，待恢复正常后再合闸上电。 4 控制柜

控制柜主要包括可编程控制器（PLC

）及其扩展模块、控制接触器、中间继电器、电源保护等部分，

O N

A U T O

M A

N 上

下

O F F

M A N

E I T H E A V Y

N O R M

U

RESET SET MODE

整体采用功能模块结构，结构紧凑，主要完成数据采集及输入、输出信号处理，逻辑功能判定；向配电柜控制的执行机构发出控制指令；与机舱内的机舱控制柜、中央监控系统实时传递信息；根据信号的采集、处理和逻辑判断保障整套机组的可靠运行。控制柜能够满足无人职守、独立运行、监测及控制的要求，运行数据与统计数值可通过就地或中央监控机记录和查询，控制柜是风力发电机组电气控制系统的核心。

4.1 控制柜内的主要元件标号含义

4.1.1 接触器

K15.3——左偏航电机接触器

K15.5——右偏航电机接触器

K15.7——液压泵接触器

K15.9——齿轮油泵接触器

K15.11——齿轮油冷却电机接触器

K16.2——齿轮油加热器接触器

K16.4——发电机加热器接触器

K16.6——控制旁路接触器

K16.8——控制发电机接触器

4.1.2断路器（主触头电压690V）

QF8.3——偏航电机断路器

QF8.6——液压泵断路器

QF8.8——齿轮油泵断路器

QF8.10——齿轮油冷却电机断路器

QF8.12——提升机断路器

QF9.3——电量变送器690V进线断路器

4.1.3断路器（主触头电压230V）

QF10.3——控制塔架和机舱内的灯及插座

QF10.2——机舱和塔架照明

QF10.6——齿轮一ou加热器

QF10.7——发电机加热器

QF10.8——UPS输入电源控制

QF11.5——控制柜PLC电源、电量变送器电源

QF11.7——机舱柜电源

QF12.3——变压器T12.3输入控制

QF12.5——变压器T12.3输出控制

QF13.4——电源G13.4输入控制

4.1.4 中间继电器

K16.10、K16.12——高速闸电磁阀

K17.3、K17.5——偏航刹车电磁阀

K17.7、K17.9、K17.11——叶尖电磁阀

K14.7——安全继电器

4.1.5 其他

FR8.3、FR8.5——偏航电机热继电器 G13.4——230VAC/24VDC 电源

T12.3——230VAC/20VAC 350VA 变压器 RC12.7——电源保护板 P9.3——电量变送器 4.2 注意事项

如果断路器处于跳闸位置，必须先将操作手柄置于断开位置后才能重新合闸。

4-1断路器（主触头电压690V ）状态示意图

4.3 控制柜PLC 模块排布示意图

跳闸状态（断路器旋钮处于斜45度方向）

闭合状态（断路器旋钮处于竖直方向）

断开状态（断路器旋钮处于水平方向）

图4-2 PLC排布示意图

4.4 信号描述

PLC模块信号如下所示，序号“*）”既为该模块所对应的端子号，无说明信息的端子为备用端子。

4.4.1 A19.3——32路数字量输入模块SM321：

2）旁路反馈

3）发电机反馈

5）主空开

6）软启保护

7）软启旁路信号

9）液压泵过载

12）偏航电机过载

13）齿轮油泵过载

14）冷却器过载

22）急停

23）24VDC

24）安全链反馈

25）计算机维护

30）0VDC

4.4.2 A19.7——16路数字量输出模块SM322

1）AC230V

2）旁路接触器

3）发电机接触器

5）液压泵

6）右偏航

7）左偏航

8）齿轮油泵

10）+24VDC

12）冷却器

13）发电机加热

14）齿轮油加热

15）电容1

16）电容2

17）电容3

18）电容4

19）电容5

20）0VDC

4.4.3 A19.9——16路数字量输出模块SM322

1）24VDC

2）主空开释放

3）看门狗

4）复位安全链

5）软启动

6）风向标加热

7）风速仪加热

11）AC230V

12）高速闸1

13）高速闸2

14）偏航闸1

15）偏航闸2

16）叶尖进油

17）叶尖1

18）叶尖2

20）0VDC

4.5 PLC通讯

PLC控制器具有通讯功能，可以实现与OP170B操作面板之间、与电量采集模块之间、与中央监控计算机之间的通讯

PLC与OP170B操作面板之间的通讯。PLC的CPU模块集成有MPI通信接口，通过此接口实现与OP170B 操作面板的通信,通过操作面板显示风力机组信息、通过操作面板的按键实现对风力机组的操作．PLC与电量采集模块之间的通讯。PLC模块与电量采集模块之间的通讯是通过CP340模块和电量采集模块进行串行数据交换完成的。CP340向电量采集模块发请求通信信号，电量采集模块响应后向CP340发送采集的电量数据信息。

PLC与中央监控计算机之间的通信。PLC控制器存储采集到的数据，通过CP340模块的串行通信功能传送至中央监控计算机，以便于中央监控作相应的数据分析及判断。

通讯故障说明：当PLC与OP170B操作面板之间的通信出现故障时，面板上会显示通信故障信息，便于用户察看。当PLC与电量采集模块和中央监控计算机之间的通信出现故障时，相应模块的通信灯会停止闪烁或者只有一个灯在闪烁。根据灯的闪烁情况，可以初步判断通信故障出现在哪一方。

4.6 控制柜内模块使用说明及故障的判断

4.6.1 电源模块PS307（电源模块故障指示灯如图4-3所示）

电源开关打到ON,正常情况DC24V的灯为绿色，如果灯为红色，说明电源模块输出的DC24V短路或者电源模块故障.

图4-3 PS307电源模块示意图

4.6.2 CPU模块315-2DP（CPU模块故障指示灯如图4-4所示）

图4-4 CUP315-2 DP 模块示意图

上电自检，SF灯亮；自检通过，SF灯灭，说明CPU无硬件故障和软件故障，如果SF灯一直亮，硬件故障或者软件故障。

DC5V灯亮，模块背板总线连接正常，灯灭，不正常。

RUN灯在开关拨到RUN位置时灯亮。

STOP灯在开关拨到STOP位置灯亮。

BF灯亮，说明DP总线有故障。

通电状态下，开关在三秒内连续打到MRES位置，控制器中的程序将被复位，因此严令禁止这项操作！

注意事项：在CPU模块的插槽上有1个MMC卡，用来存储机组的控制程序，控制器必须插入装载有正确程序的MMC后，方能正确运行。严禁在PLC上电运行的情况下对MMC卡进行插拔操作。

4.6.3 通讯模块CP340（通讯模块故障指示灯如图4-5所示）

图4-5 CP340通讯模块示意图

如果SF灯一直亮，硬件故障，灯灭，模块正常。

RXD灯亮，模块接收数据；

TXD灯亮，模块向外发送数据

4.6.4数字量输入模块SM321

如果SF灯一直亮，模块故障，灯灭，模块正常。

4.6.5 数字量输出模块

如果SF灯一直亮，模块故障，灯灭，模块正常

4.6.6 安全继电器

安全继电器的输入由一组触点串联而成，这些触点的闭合与否直接反映风电机组的安全状况，将这组串联在一起的触点称之为安全链

安全链上的触点包括主空开、看门狗、振动开关、右偏开关、左偏开关、机舱急停按钮、塔底急停按钮。

安全链上的多个常闭触点中，只要有一个触点断开，安全继电器都将失电，多路输出触点都将断开，风电机组处于紧急停机状态。

安全继电器的电源为24VDC，当安全继电器上电时，指示灯A1/A2 Fuse亮，说明安全继电器的电源正常。

在安全链上的看门狗、左偏开关、右偏开关、振动、机舱急停按钮、塔底急停按钮等触点信号都闭合的情况下，指示灯Input A、Input B指示灯亮。

当执行机舱复位、底部面板复位或者远程复位时，安全继电器输出触点闭合，指示灯Output K1/K2亮。

4个指示灯全部亮起，说明安全继电器已经正常工作

5 机舱控制柜

机舱控制柜柜体内包括西门子ET200分布扩展模块、振动保护模块。 ET200分布扩展模块的主要功能是采集和处理信号，并将采集到的信号通过DP总线送往控制柜，控制柜中的S7-300 PLC对这些信号做统一处理。

图5-1 机舱柜PLC模块排布图

5.2信号描述

PLC模块信号如下所示，序号“*）”既为该模块所对应的端子号，无说明信息的端子为备用端子。

5.2.1 A20.8——数字量输入模块SM321:

2)齿轮油堵塞

3）液压油位

4）齿轮油压力

5）齿轮油位

6）振动信号

8）偏航计数器1

9）偏航计数器2

12）机舱左偏

13）机舱右偏

14）机舱维护

15）机舱启动

16）机舱停止

17）过速

22）振动开关

23）左偏开关

24）右偏开关

25）闸1反馈

26）闸1磨损

27）闸2反馈

28）闸2磨损

10）20）30）40）0VDC

5.2.2 A20.12——模拟量输入模块SM331

3）4）5）齿轮油温度

8）9）10）主轴轴承温度

13）14）15）环境温度

18）19）20）机舱温度

23）24）25）电机前轴承温度

28）29）30）电机后轴承温度

33）34）35）大电机绕组温度

5.2.3 A21.4——模拟量输入模块SM331

2）5）叶尖压力

7）10）系统压力

12）15）风向

5.2.4 A21.7——高速计数模块S7350

4)风速

5）叶轮转速

6）电机转速

5.3 机舱柜内主要元器件使用说明

5.3.1 急停机按钮

出现特殊情况时，按下紧急停机按钮；此按钮按下后安全链断开,风力机组在运行状态下将执行紧急停机。

5.3.2维护/复位 | 正常转换开关：

5.3.2.1正常情况下，该转换开关置正常状态；当机组需要维护检修时，置维护/复位位置；

5.3.2.2当置维护/复位时，为确保维护人员安全，机组自动释放叶尖,风力机组停止自动对风；

5.3.2.3高速闸维护检修：

a) 在机舱控制柜内模块闸磨损指示灯灭时，高速闸已闸磨损，需进行调闸块或更换闸块。在调闸

块时，通过观察灯来判断闸块是否已调整好；

b) 当高速闸需要维护检修时，由维护/复位转换开关和起动转换开关组合对高速闸进行操作。具

体如下：

·将维护转换开关置于维护/复位;

·打“启动”键，打“1”下时，释放高速闸1，闸2抱死；

·打“2”下时，释放高速闸2，闸1抱死；

·打“3”下时，释放高速闸1和高速闸2；

·打“4”下时，抱紧高速闸1和高速闸2；

·打“5”下时，释放高速闸1；

·依此下去，往复操作。

5.3.3停机| 正常 |启动转换开关

手动启动/停机开关，这个开关有三个位置：启动位置（启动后自动弹回中间位置）,中间位置，固定的停机位置:

a) 启动位置:打到启动位置，控制器检查故障，如果风力机组无故障，在启动参数范围内可启动

风力机组。启动位可自动回位。

b) 中间位置: 风力机组正常运行时开关在此位置。

c) 停机位置: 这个位置用来停止风力机组，该位置不能自动回位，开关会保持在这个位置。当开

关扳到这个位置时，风力机组不能启动。

5.3.4左偏航|正常|右偏航转换开关

a) 左偏航转换开关实现左偏航。

b) 右偏航转换开关实现右偏航。

c) 750电控系统中，各部分偏航优先级由高到低依次排列为：顶部机舱偏航、面板键盘偏航、远

程监控系统偏航、侧风、解缆和自动对风。

6 电容补偿

金风S48/750kW风力发电机配备的无功补偿装置，其最大无功补偿容量是根据异步发电机在额定功率时的功率因数来设计的，即在额定功率时，其补偿的无功功率必须保证功率因数达到设计的额定功率因数，一般大于0.98。

无功补偿电容分五级进行投切，五组容量分别为：125kVar、25kVar、25kVar、25kVar和25kVar。风力发电机并网完成之后，PLC中心控制器根据所需无功功率控制交流接触器投切五组电容进行补偿。

注意事项：在正常情况下，刀熔分断开关处于闭合状态，当需要维护更换熔断器时，需断开刀熔开关。电容补偿主回路为交流690V，维护检修时应断开主断路器QF1.2！

7 OP170B操作说明

电控系统的人机界面采用西门子的OP170B中文操作面板，包括多功能键盘和液晶显示屏，使用者能够根据自己的需要在相应的菜单下方便的获取所需的信息，同时能对风力机组的运行状态进行相应的控制操作。

7.1多功能键盘及显示屏介绍

OP170B操作面板如图7-1所示，其多功能键盘功能及显示屏内容如下：

图7-1 OP170B操作面板图

·A. 风机状态

·B. 风机时间

·C. 偏航方向

·D. 主要内容

·E. 下一屏（有此标示时，在同级菜单内F14向下翻页）

·F. 测试功能（在未经授权时不能使用）

·G. 停止偏航

·H. 右偏航

·I. 左偏航

·J. 复位

·K. 停机

·L. 启动（持续按下3秒）

·M. 页码

·N. 上一级（有此标示时，按F10回到上一级菜单）

·O. 上一屏（有此标示时，在同级菜单内F9向上翻页，）

·P. 显示故障名称或“系统正常”

·Q. 进入定期检修状态。（根据合同的不同，现场人员每年有48小时左右的时间进行机组的维护、检修，此时间不计入维护时间、故障时间……）

7.2 OP170B菜单系统

7.2.1概述

计算机菜单系统包含多级菜单，内容包括风力机组的状态显示，数据统计，参数设置等。开机后，操作面板的处理器自检一段时间后，将进入风力机组的“主要信息”界面，按“上级”键可进入主菜单，主菜单包括：主要信息，输入状态，输出状态，故障记录，统计数据，参数设置。可以通过操作面板上的Help察看各按钮菜单下包括的内容，用Esc键可以退出帮助界面，菜单结构如图7-2所示：

图7-2 OP170B菜单系统结构图

7.2.2主要信息

菜单系统中的主要信息如表3所示

表3 主要信息