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风力发电机变桨系统

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风力发电机变桨系统

摘要：变浆系统是风力发电机的重要组成部分，本文围绕风力发电机变浆系统的构成、作用、

控制逻辑、保护种类和常见故障分析等进行论述。

关键词：变桨系统；构成；作用；保护种类；故障分析

1综述

变桨系统的所有部件都安装在轮毂上。风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。

变桨系统通过控制叶片的角度来控制风轮的转速，进而控制风机的输出功率，并能够通过空气

动力制动的方式使风机安全停机。

风机的叶片（根部）通过变桨轴承与轮毂相连，每个叶片都要有自己的相对独立的电控同步的

变桨驱动系统。变桨驱动系统通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合联动。

风机正常运行期间，当风速超过机组额定风速时（风速在12m/s到25m/s之间时），为了控制

功率输出变桨角度限定在0度到30度之间（变桨角度根据风速的变化进行自动调整），通过控

制叶片的角度使风轮的转速保持恒定。任何情况引起的停机都会使叶片顺桨到90度位置（执行

紧急顺桨命令时叶片会顺桨到91度限位位置）。

变桨系统有时需要由备用电池供电进行变桨操作（比如变桨系统的主电源供电失效后），因此

变桨系统必须配备备用电池以确保机组发生严重故障或重大事故的情况下可以安全停机（叶片

顺桨到91度限位位置）。此外还需要一个冗余限位开关（用于95度限位），在主限位开关（用

于91度限位）失效时确保变桨电机的安全制动。

由于机组故障或其他原因而导致备用电源长期没有使用时，风机主控就需要检查备用电池的状

态和备用电池供电变桨操作功能的正常性。

每个变桨驱动系统都配有一个绝对值编码器安装在电机的非驱动端（电机尾部），还配有一个

冗余的绝对值编码器安装在叶片根部变桨轴承内齿旁，它通过一个小齿轮与变桨轴承内齿啮合

联动记录变桨角度。

风机主控接收所有编码器的信号，而变桨系统只应用电机尾部编码器的信号，只有当电机尾部

编码器失效时风机主控才会控制变桨系统应用冗余编码器的信号。

2变浆系统的作用

根据风速的大小自动进行调整叶片与风向之间的夹角实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；

利用空气动力学原理可以使桨叶顺浆90°与风向平行，使风机停机。

3主要部件组成

4变桨系统各部件的连接框图

图3：轴控箱

4.3电池箱

和轴控箱一样，每个叶片分配一个电池箱。在供电故障或EFC信号（紧急顺桨控制信号）复位

的情况下，电池供电控制每个叶片转动到顺桨位置。

图4：电池箱

4.4变桨电机

变桨电机是直流电机，正常情况下电机受轴控箱变流器控制转动，紧急顺桨时电池供电电机动

作。

图5：变桨电机

4.5冗余编码器

图6：冗余编码器

4.6限位开关

每个叶片对应两个限位开关：91度限位开关和96度限位开关。96度限位开关作为冗余开关使

用。

图7：限位开关

4.7各部件间连接电缆

变桨中央控制箱、轴控箱、电池箱、变桨电机、冗余编码器和限位开关之间通过电缆进行连接。

为了防止连接电缆时产生混乱，电缆有各自的编号。

5变桨系统的保护种类

位置反馈故障保护：为了验证冗余编码器的可利用性及测量精度，将每个叶片配置的两个编码

器采集到的桨距角信号进行实时比较，冗余编码器完好的条件是两者之间角度偏差小于2°；所

有叶片在91°与95°位置各安装一个限位开关，在0°方向均不安装限位开关，叶片当前桨距

角是否小于0°，由两个传感器测量结果经过换算确定。除系统掉电外，当下列任何一种故障

情况发生时，所有轴柜的硬件系统应保证三个叶片以10°/s的速度向90°方向顺桨，与风向平

行，风机停止转动：任意轴柜内的从站与PLC主站之间的通讯总线出现故障，由轮毂急停、

塔基急停、机舱急停、震动检测、主轴超速、偏航限位开关串联组成的风机安全链以及与安全

链串联的两个叶轮锁定信号断开（24VDC信号）；无论任何一个编码器出现故障，还是同一叶

片的两个编码器测量结果偏差超过规定的门限值；任何叶片桨距角在变桨过程中两两偏差超过

2°；构成安全链、释放回路中的硬件系统出现故障；任意系统急停指令。变桨调节模式时，预

防桨距角超过限位开关的措施：91°限位开关；到达限位开关时，变桨电机刹车抱闸；轴柜

逆变器的释放信号及变桨速度命令无效，同样会使变桨电机静止。变桨电机刹车抱闸的条件：

轴柜变桨调节方式处于自动