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東方電氣王子瓊:機組安全性能提升方案

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-10-16   來源:能見APP  瀏覽次數:1947
核心提示:在16日上午召開的風電機組技改專題論壇上,東方電氣風電有限公司服務技術主管王子瓊發表《機組安全性能提升方案》主題演講。
  2020年10月14日-16日,2020北京國際風能大會暨展覽會(CWP 2020)在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一,這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會,再次登陸北京,本屆大會以“引領綠色復蘇,構筑更好未來”為主題,聚焦中國能源革命的未來。能見App全程直播本次大會。
  在16日上午召開的風電機組技改專題論壇上,東方電氣風電有限公司服務技術主管王子瓊發表《機組安全性能提升方案》主題演講。
  
  以下為發言實錄:
  
  王子瓊:這次分享的主題有四個部分,第一部分是前言,第二部分是變槳系統安全優化,第三部分級城市交流變槳系統改造,第五主控系統優化。
  
  首先是前言部分,工程價值、共享成功,一直以來都是東方電氣和各位業界朋友合作的主題,兆瓦級風電發電機組已經十余年,東方電氣從2004年引進國外進口機組的技術,到2005年首臺機組在山東榮城并網發電,已經運行接近16年的時間,隨著引進和消化吸收過程,東方電氣也提出了自己一些新的理念和技術看法,可以說現在我們是從引進消化吸收到逐漸超越國外的機組,在理念上是有很多亮點。東方新能源科技原來是在東方風電的服務部,現在是作為一個獨立的公司來運營,首先它主要業務是承接原來東方風電運維的業務,其次工作有一部分重點也是針對老舊機組性能提升和低效提升改造,做了很大的工作,所以說今天也是希望以后有機會能夠和在座各位朋友有深度合作的機會。
  
  這次帶來的內容主要是有三個部分,變槳系統安全優化主要提了三點,一個變槳通訊滑環改造,第二個通訊失效的下獨立收槳的技術,第三個是超級電容后備電源的改造,。第二個大的主題是集成式交流變槳系統改造方案,因為針對早期老的直流系統,我們提出了一個采用比較先進集成式交流變槳系統替換早期老的直流變槳系統方案。第三是主控系統安全邏輯優化,今天帶來的方案是一些低成本,用一些小的技巧和小的方法來解決風力發電機組運行過程中存在的一些安全問題,成本不是很高,投入很小,但是可以為業主、為風電場帶來安全性提升上很大的收益。
  
  第二部分講一下變槳系統安全性優化,大家都知道風機的剎車主要是由三部分剎車構成,變槳系統剎車肯定是作為機組停機制動方式,也是影響機組安全性最終的因素,從近幾年風力發電機組安全事故發生概率有很大一部分跟變槳系統沒有及時的完全完成收槳有很大關系。第二個液壓機械剎車,第三電磁扭矩剎車的功能,早期1.5兆瓦的直流變槳系統當中,從現在的理念來說是不具備變槳系統獨立安全鏈技術,隨著現在技術的發展,我們總是會提變槳和主控獨立安全鏈技術,變槳有軟件和硬件的安全鏈,主控也有,早期機組相對來說現在變槳技術只具備主控系統軟件和硬件安全鏈,相對于變槳系統安全鏈技術它會比較薄弱。早期系統收槳主要是通過兩種方式,一種是主控側緊急收槳信號,就是EFC信號斷開,斷開以后整個直流變槳系統由交流系統切換到電池收槳。第二種通過通訊的方式,主控系統加通訊指令下發到變槳系統,由變槳系統執行交流收槳的指令,發現都具備一個共同的特點,因為變槳系統它不具備獨立的安全鏈,所有的安全鏈斷開、變化,包括通訊指令給定都需要經過滑環系統,滑環系統本身它是一種旋轉部件,需要大量的維護、精細的保養,隨著近幾年技術的發展、機組降本壓力、風電場運維成本的壓力,都有滑環國產化的需求,但是國產滑環在安全性上還沒有經歷嚴格的考驗,所以需要在安全性提升上做一些考慮。當滑環失效以后,它有可能會導致通訊和緊急收槳信號在同一時間、同一工況下同一失效,收槳主要有兩種方式就會被切斷,風機有可能會出現一些操縱飛車的事故,應對這樣的工況,我們東方風電提出按了一種改造滑環的解決方案,方案實施內容主要是第一部分增加滑環的測速編碼器和轉速測量的信號通道,將速度信號傳遞至變槳系統,由變槳系統獨立的進行安全的功能判斷,第二部分在風機緊急收槳回路,串聯一個硬件的看門狗裝置,看門狗裝置負責輪轂的轉速和變槳控制器狀態的監測,當輪轂槳速過高,或者變槳控制器出現死機失去工況的時候,可以通過變槳系統硬件看門狗帶獨立實現變槳系統安全鏈斷開,不像以前早期1.5兆瓦,完全要依靠主控,通過滑環斷開整個緊急收槳信號。
  
  這種改造的方案是東方風電完全獨立自主發明專利,是經過國家專利中心認可,改造主要部分有五個部分,方案的特點第一點增加了冗余和獨立的監測的緊急收槳回路,優化了轉速控制,同時安裝了變槳系統硬件看門狗,一方面是具備轉速信號監測功能,另一方面也具備了控制器防死機監控的功能,新的滑環在工業、機械和電氣性能工藝上都比早期滑環有了進步,這種方案已經應用在東方風電新的機組上,運營業績已經超過了2000臺。方案二通訊失效下的獨立收槳技術,滑環改造是針對硬件的變槳系統,通訊失效下的獨立收槳技術是軟件EFC信號的保護,非常吻合現在大機主控孔和變槳的獨立安全鏈,早期1.5兆瓦直流變槳系統通訊失效的話,因為受限于L+B這個控制程序,失效以后完全借助于主控系統進行變槳系統通訊失效工況的判斷,當通訊失效工況發生以后,需要經過主控系統從軟件上切斷EFC信號,同樣EFC同樣也要經過滑環,由變槳系統切換到電池回流的動作。在這樣一種背景之下,變槳系統內部本身內部L+B自己是不具備通訊失效判斷的功能,當通訊失效和EFC信號同步失效,就會出現操作飛車的事故發生,所以針對這種問題,東方風電提出了一下實施方案。第一步針對原裝進口的L+B控制器,可以使用東方電氣設計生產的國產化L+B進行整體替換,替換以后從軟件上東方電氣可以對這個軟件進行升級,因為自主的L+B,我們也具備自主的軟件,增加變槳失效工況下獨立判斷,并由L+B控制收槳的軟件功能,增加了軟件的EFC功能。第二步針對東方電氣生產的國產化L+B控制,東方電器可以實現軟件方案實現通訊失效下的自主收槳功能。這種方案的特點第一是通訊失效以后,變槳系統能夠獨立控制收槳,第二僅僅通過軟件就可以提升機組的安全性質的飛躍,這是目前東方風電2兆瓦以上交流變槳通用技術,已經在超過兩千臺機組上使用。
  
  交流變槳優化方案三是超級電容后備電源改造,這個方案實施背景是早期直流變槳系統,作為鉛酸蓄電池有一些好處也有壞處,好處就是電池本身收槳能力電力比較充足,收槳能力比較強,短板存在低溫性能差,充放電次數比較有限,理論上3到5年就必須更換成本上運維問題。早年鉛酸蓄電池主要是采取松下的,急需通過尋求新的后備電源解決方案,為此東方風電就設計了超級電容,來替代早期交流變槳的改革方案。主要有三部分,第一部分是硅體系統不改變,使用三面獨立超級電容替換原來的電池,每面電容柜增加獨立的超級電容充電器,相較于原來的直流變槳系統,現在是三面獨立充電,從充電效率來說都是有質的提升。第二步是電容模組采用了國內各個階層的品牌,國外、國內都有,整個選擇范圍是非常廣的,可以供不同需求、不同經費的業主來選擇。第三步在改造超級電容的同時,也對主控系統的邏輯進行了一些調整和優化,也是基于東方風電對超級電容整個系統特性的理解,做了一些系統邏輯的調整,脫離了單獨只改超級電容,而不改主控存在的一些安全隱患。這個方案的特點首先超級電容系統具備更寬溫度適應范圍,從零下40到65度都是可以完美支持現場運行。第二點有充足的能量儲備,收槳能量大于1500千焦,收槳次數大于三次,遠遠滿足國標,我們作為整機廠商不能盲目推高國標,只是具備這樣的向能,當然不建議國標在這個基礎上做新的調整。另外具備更長的使用壽命,充放電次數大于50萬次,充電時間小于10分鐘,目前這款產品改造已經超過500臺,而且超級電容作為目前主流變槳技術后備電源已經應用了超過兩千臺機組。
  
  匯報第三部分是集成式交流變槳系統改造方案,首先實施背景,早期直流變槳系統結果由L+B控制器、直流變槳驅動器、直流電機和后備電源蓄電池結構構成,本身是具備一定的好處,同時也有一些短板,它的短板是,比如直流電機電刷的磨損會導致直流電機工作率比較大,故障率比普通交流電機高,另外一點電池作為后備電源它有一些短板,受環境因素的影響,L+B復雜的繼電器回路和接受器回路相對現在的系統來說更高一點,在這個背景下,東方電氣提出新的改造方案,采用集成式變槳系統來替代直流變槳系統,采用集成式驅動器來集成了原來的變槳電機剎車模塊,也集成了充電器的功能,集成了最早和L+B控制器,包括早期貝孚,PLC控制器,所以說這款產品首先它的集成度相對來說是非常高的,另外一點回路設計的非常簡單,把原來控制回路和繼電器回路和接觸器回路做了很大線路上的優化,控制繼電器大概減少了70%左右。方案特點,第一選型選取了一款集成式驅動器,同步選用了匹配的電機,關鍵器件選型選取了可靠性比較高的集成式驅動器,表現出故障率比較低的特性。另外驅動器和電機的尺寸與早期1.5兆瓦直流系統是完全匹配的,可以借用原來柜體進行改造,這樣在施工難度和改造成本對業主來說都是可以接受。電機額定工況經過測試和現場運行,運行超過2小時以后,溫升每小時小于1攝氏度,整個系統的溫升都是控制的非常好,而且電機也不需要像早期1.5兆瓦直流電機不需要額外的散熱風扇。從電機選型來說留的余量比較大,滿足到目前有很多風電場推出一些葉片的小換大、葉片加長、葉片異形改變的技改,可以FD70到FD93整體葉片的選行,為后續業主做葉片的技改做充足的鋪墊,避免重復浪費業主的運維費用。第四點這套系統具備良好的高低溫性能,零下40度可以實現無故障運行,高溫至60度,30扭米,額定運行2小時,溫升小于1攝氏度每秒,另外我們的系統在具備低穿同時,高電壓穿行也是非常優越,同樣滿足1.3倍500毫秒,我們作為獨立變槳系統來說還是盡量把高電壓穿行標準提的高一點。另外系統拓撲集結構相較于早期直流電變槳系統,交流變槳系統集成度非常高,節約了很多的接觸器和繼電器,整個拓撲結構是非常簡單,也具備了前面描述的變槳系統獨立安全鏈技術,從軟件和硬件來說有軟件的EFC,硬件有變槳系統獨立的EFC,跟當前主流交流變槳系統是非常溫和的。實施業績,集成式的交流變槳系統作為東方風電交流變槳系統,已經應用兩千臺風機,同時同平臺系列變槳完成了鑒衡和電科院的雙重認證,在安全方面我們考慮的特別長遠,東方風電具備變槳技術完全獨立自主知識產權,可以為業主提供后續無限的技術支持。
  
  第四部分是主控系統邏輯優化,我們是針對早期主控系統的邏輯,根據這幾年自己的想法提了一些新的邏輯優化的點,第一點是主控系統剎車投入的邏輯,實施背景就是早期(英文)一系列技術,在機組剎車上是安全斷開以后剎車馬上投入,這樣會導致在高速運轉的時候,因為本身我們是雙饋機組,這樣一種工況會導致機組傳動鏈在高速運轉的時候沖擊是非常大的,另外一點高速剎車投入有一定的火災安全隱患,優化以后,剎車投入不與安全鏈直接關聯,首先是依靠變槳實現先降速,然后再做剎車判斷,僅是線路改造和軟件改造,改造成本比較低。方案二是應急偏航功能增加,早期的機組偏航過程中跟安全鏈有關系,安全鏈斷開以后,機組自動偏航功能被禁用了,在這種情況下如果機組發生停機失效,首先第一步是斷開安全鏈,為了改變這種現狀,我們也是出了自己的方案,第一步把線路上做了調整,將自動偏航工程與安全回路獨立開來,另外做了軟件邏輯,主動給出一個偏航測控90度,這樣可以實現機組超速工況下通過偏航90度降低整個機組轉速,實現停機的過程。實施業績,也是2兆瓦及以上功率等級的主力技術,運營超過1500臺,改造業績在600臺以上。第三部分是變流器低溫快速啟動功能,早期變流器加熱回路比較多,反饋到主控回路也比較多,任何一路加熱都會導致機組故障沖擊,我們做了分類,如果不影響并網加熱回路,我們就做了一個性能上改造,只能加熱不讓它反饋,對于影響并網的加熱回路,我們把這種加熱的故障改成一種狀態,讓機組在加熱狀態下也可以繼續的轉速提升,提升到并網轉速1200的時候,就在這個狀態進行等待,一旦加熱狀態進去以后,機組馬上進行并網切入,不像早期的三北地區出現變流器低溫頻繁的主控在起停的鼓掌,就可以得到很大程度的緩解。實施業績在雙饋1.5兆瓦機組上已經超過了500臺。今天的主題就是這么多,非常感謝大家在展會的最后一天的到來,謝謝大家。
  
 ?。ǜ鶕儆浾?,未經本人審核)
 
關鍵詞: 風電
 

 
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