偏航系统扭缆与解缆

偏航系统与电缆保护

1. 概述

偏航系统是风力发电机的重要组成部分之一。它包括了偏航驱动系统、偏航制动系统、偏航控制系统及必要的保护系统。本系统的主要功能为：风机迎风的自动控制、在大风情况时的安全控制、扭缆和自动解缆控制。

2. 偏航机械驱动系统的组成

2.1偏航轴承

机舱是通过偏航轴承来与塔筒连接的，偏航轴承承载了整个机舱的机械载荷，轴承的外圈为一齿轮结构与塔筒连接，内圈与主机架连接。这样整个机舱就相当于安装在了，以塔筒为基础的一个回转支承上。

2.2 偏航驱动齿轮

安装在偏航减速齿轮箱的输出轴上，用于传递偏航扭矩。其结构为一个直齿的12齿齿轮，齿轮部分与偏航轴承的外圈啮合。

2.3 偏航减速齿轮箱

减速齿轮箱是一台大减速比的两级行星齿轮减速齿轮箱。借助它的大减速比将驱动电机的高转速减到一个合适速度来驱动风机的偏航动作，同时也提供了更大的驱动转矩。本风机采用了4台这样的减速齿轮箱来共同驱动风机的偏航。

2.4 偏航驱动电机

提供了整个偏航的动力。本机采用了额定转速940转，额定功率3KW的交流电动机。同样采用了4台这样的电动机作并联驱动。

2.5 偏航阻尼制动

在本机的偏航系统中设置了18套偏航阻尼制动器，制动器始终对风机的偏航施加一定的制动力矩。从而保证了偏航运行的平稳性以及启动和停止过程中的机械冲击。制动器是由钢质壳体和铜质制动活塞以及向活塞施加制动压力的碟形弹簧组成。

下图是机械偏航系统在风力发电机中的实际安装情况：

箭头1 两套偏航减速齿轮箱和偏航驱动电动机

箭头2 偏航驱动齿轮

箭头3 指示的为偏航轴承

箭头4 指示的为两个偏航阻尼制动器

3. 偏航控制系统

3.1 对风控制

偏航控制包括了由风向标控制的自动偏航、在操作面板上由人工控制的手动偏航、顶部机舱人工控制偏航、远程控制偏航。

各种偏航控制的优先级由高到低依次为：顶部机舱人工控制偏航、面板人工控制偏航、远程控制偏航、风向标控制的自动对风偏航。

当存在高级别的偏航控制时，对较低级别偏航控制应不予响应，并应清除原有的较低级别偏航控制。

风机正常运行时，大部分时间处于自动偏航状态，这个状态决定了风机可以尽可能多的捕获风能。

逻辑是：自动偏航当风速在2.5~7m/s内，线性插值（15度~8度）门限。当30 sec平均Yaw Error大于门限，或者1 sec平均大于1.5倍门限，或者5min 平均大于0.5倍门限，则开始偏航并持续计算更新偏航时间（30-sec-YawError /25度/min)。

当上述偏航条件不满足时，最后计算的偏航时间为最终偏航时间。当偏航从偏航条件不满足开始计时，至少要偏航一半的最终偏航时间。等到偏航了一半的最终偏航时间后，判断1sec yaw error。如果原来偏航是正向偏航，1 sec yaw error < 1度，或者原来偏航是负向偏航，1 sec yaw error > -1度，则停止本次偏航。否则，直到最终偏航时间过去，停止本次偏航。在本次偏航未完成之前，不会进行新的偏航命令。

3.2 在大风情况下的安全控制

在大风情况下为保证风力发电机组的安全宜采用90°侧风控制。

在90°侧风控制时，应根据风向标传感器信号确定机舱与主风向的相对位置，使机舱走最短路径，以最短时间偏离主风向。

但不是所有的风力发电机都采用了侧风控制的策略。

3.3 扭缆和自动解缆控制

扭缆和自动解缆控制包括: 扭缆传感器（黄盒子）控制的自动解缆和扭缆传感器控制的安全链保护。

当扭缆程度达到设定的扭缆圈数时扭缆传感器将向控制系统发出解缆信号，系统将首先使机组正常关机随后通过偏航驱动装置，自动使电缆解绕。

如果自动解缆因故未执行，那么当扭缆程度达到设定的上限值时，则应触发安全系统，使风力发电机故障关机。

此关机为不可自动恢复的故障，必须等待人工排除故障后再进行人工解缆操作。

当正在执行解缆操作时，系统将自动屏蔽其他的所有偏航请求，包括顶部人工偏航、面板人工偏航、远程控制和自动偏航。

为了对电缆做出更为可靠的保护，同时尽量降低解缆过程对风机发电量的影响。在EN15A 型风力发电机中采用了并行的两套传感器：传统的凸轮传感器和较为精确的角度数字传感器。从而实现了更为安全和更为科学的解缆逻辑。

偏航解缆逻辑：风机有特定状态字对解缆进行监控，分别是：

OC_RewindingLoopCablesInStandby（SC02_10_103）:偏航系统预解缆,编码器显示扭缆2.4圈，或者左右偏航一级限位被触发，该状态被触发。

SC_StartRewindingLoopCables（SC02_10_102）：偏航系统开始工作解开电缆，如果风机处在“偏航系统预解缆”状态，并且发电机转速低于400，风机偏航模式不大于解缆，10m平均风速不大于34m/s触发该状态，风机开始解缆。

OC_RewindingLoopCablesActive（SC02_10_105）：偏航系统处于解缆模式，偏航模式等于解缆，触发该故障

4. 偏航控制系统电气原理图的介绍

下图为偏航控制电气原理图的一个示例，从图上我们可以看出它包含了以下的信息：4.1 供电回路

690V AC 由系统的690V供电母线提供、400 V AC由系统的400V供电母线提供

4.2 保护电路

230Q1 总空气开关，提供了对4台偏航电动机的短路保护、及总过载保护230F4 230F6 分别提供了对制动器、电动机内部加热器的短路保护

230Q2 热继电器，提供偏航电动机的过载保护

4.3 控制元件

354K2 354K3 4台偏航电动机的正反转控制

350K4 354KR5 制动器及电动机内部加热器的控制

4.4 执行部件

230M1 偏航电动机

230Y4电磁制动器

230R6加热器