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东方电气王子琼:机组安全性能提升方案

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-10-16   来源:能见APP  浏览次数:920
核心提示:在16日上午召开的风电机组技改专题论坛上,东方电气风电有限公司服务技术主管王子琼发表《机组安全性能提升方案》主题演讲。
  2020年10月14日-16日,2020北京国际风能大会暨展览会(CWP 2020)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,本届大会以“引领绿色复苏,构筑更好未来”为主题,聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。
  在16日上午召开的风电机组技改专题论坛上,东方电气风电有限公司服务技术主管王子琼发表《机组安全性能提升方案》主题演讲。
  
  以下为发言实录:
  
  王子琼:这次分享的主题有四个部分,第一部分是前言,第二部分是变桨系统安全优化,第三部分级城市交流变桨系统改造,第五主控系统优化。
  
  首先是前言部分,工程价值、共享成功,一直以来都是东方电气和各位业界朋友合作的主题,兆瓦级风电发电机组已经十余年,东方电气从2004年引进国外进口机组的技术,到2005年首台机组在山东荣城并网发电,已经运行接近16年的时间,随着引进和消化吸收过程,东方电气也提出了自己一些新的理念和技术看法,可以说现在我们是从引进消化吸收到逐渐超越国外的机组,在理念上是有很多亮点。东方新能源科技原来是在东方风电的服务部,现在是作为一个独立的公司来运营,首先它主要业务是承接原来东方风电运维的业务,其次工作有一部分重点也是针对老旧机组性能提升和低效提升改造,做了很大的工作,所以说今天也是希望以后有机会能够和在座各位朋友有深度合作的机会。
  
  这次带来的内容主要是有三个部分,变桨系统安全优化主要提了三点,一个变桨通讯滑环改造,第二个通讯失效的下独立收桨的技术,第三个是超级电容后备电源的改造,。第二个大的主题是集成式交流变桨系统改造方案,因为针对早期老的直流系统,我们提出了一个采用比较先进集成式交流变桨系统替换早期老的直流变桨系统方案。第三是主控系统安全逻辑优化,今天带来的方案是一些低成本,用一些小的技巧和小的方法来解决风力发电机组运行过程中存在的一些安全问题,成本不是很高,投入很小,但是可以为业主、为风电场带来安全性提升上很大的收益。
  
  第二部分讲一下变桨系统安全性优化,大家都知道风机的刹车主要是由三部分刹车构成,变桨系统刹车肯定是作为机组停机制动方式,也是影响机组安全性最终的因素,从近几年风力发电机组安全事故发生概率有很大一部分跟变桨系统没有及时的完全完成收桨有很大关系。第二个液压机械刹车,第三电磁扭矩刹车的功能,早期1.5兆瓦的直流变桨系统当中,从现在的理念来说是不具备变桨系统独立安全链技术,随着现在技术的发展,我们总是会提变桨和主控独立安全链技术,变桨有软件和硬件的安全链,主控也有,早期机组相对来说现在变桨技术只具备主控系统软件和硬件安全链,相对于变桨系统安全链技术它会比较薄弱。早期系统收桨主要是通过两种方式,一种是主控侧紧急收桨信号,就是EFC信号断开,断开以后整个直流变桨系统由交流系统切换到电池收桨。第二种通过通讯的方式,主控系统加通讯指令下发到变桨系统,由变桨系统执行交流收桨的指令,发现都具备一个共同的特点,因为变桨系统它不具备独立的安全链,所有的安全链断开、变化,包括通讯指令给定都需要经过滑环系统,滑环系统本身它是一种旋转部件,需要大量的维护、精细的保养,随着近几年技术的发展、机组降本压力、风电场运维成本的压力,都有滑环国产化的需求,但是国产滑环在安全性上还没有经历严格的考验,所以需要在安全性提升上做一些考虑。当滑环失效以后,它有可能会导致通讯和紧急收桨信号在同一时间、同一工况下同一失效,收桨主要有两种方式就会被切断,风机有可能会出现一些操纵飞车的事故,应对这样的工况,我们东方风电提出按了一种改造滑环的解决方案,方案实施内容主要是第一部分增加滑环的测速编码器和转速测量的信号通道,将速度信号传递至变桨系统,由变桨系统独立的进行安全的功能判断,第二部分在风机紧急收桨回路,串联一个硬件的看门狗装置,看门狗装置负责轮毂的转速和变桨控制器状态的监测,当轮毂桨速过高,或者变桨控制器出现死机失去工况的时候,可以通过变桨系统硬件看门狗带独立实现变桨系统安全链断开,不像以前早期1.5兆瓦,完全要依靠主控,通过滑环断开整个紧急收桨信号。
  
  这种改造的方案是东方风电完全独立自主发明专利,是经过国家专利中心认可,改造主要部分有五个部分,方案的特点第一点增加了冗余和独立的监测的紧急收桨回路,优化了转速控制,同时安装了变桨系统硬件看门狗,一方面是具备转速信号监测功能,另一方面也具备了控制器防死机监控的功能,新的滑环在工业、机械和电气性能工艺上都比早期滑环有了进步,这种方案已经应用在东方风电新的机组上,运营业绩已经超过了2000台。方案二通讯失效下的独立收桨技术,滑环改造是针对硬件的变桨系统,通讯失效下的独立收桨技术是软件EFC信号的保护,非常吻合现在大机主控孔和变桨的独立安全链,早期1.5兆瓦直流变桨系统通讯失效的话,因为受限于L+B这个控制程序,失效以后完全借助于主控系统进行变桨系统通讯失效工况的判断,当通讯失效工况发生以后,需要经过主控系统从软件上切断EFC信号,同样EFC同样也要经过滑环,由变桨系统切换到电池回流的动作。在这样一种背景之下,变桨系统内部本身内部L+B自己是不具备通讯失效判断的功能,当通讯失效和EFC信号同步失效,就会出现操作飞车的事故发生,所以针对这种问题,东方风电提出了一下实施方案。第一步针对原装进口的L+B控制器,可以使用东方电气设计生产的国产化L+B进行整体替换,替换以后从软件上东方电气可以对这个软件进行升级,因为自主的L+B,我们也具备自主的软件,增加变桨失效工况下独立判断,并由L+B控制收桨的软件功能,增加了软件的EFC功能。第二步针对东方电气生产的国产化L+B控制,东方电器可以实现软件方案实现通讯失效下的自主收桨功能。这种方案的特点第一是通讯失效以后,变桨系统能够独立控制收桨,第二仅仅通过软件就可以提升机组的安全性质的飞跃,这是目前东方风电2兆瓦以上交流变桨通用技术,已经在超过两千台机组上使用。
  
  交流变桨优化方案三是超级电容后备电源改造,这个方案实施背景是早期直流变桨系统,作为铅酸蓄电池有一些好处也有坏处,好处就是电池本身收桨能力电力比较充足,收桨能力比较强,短板存在低温性能差,充放电次数比较有限,理论上3到5年就必须更换成本上运维问题。早年铅酸蓄电池主要是采取松下的,急需通过寻求新的后备电源解决方案,为此东方风电就设计了超级电容,来替代早期交流变桨的改革方案。主要有三部分,第一部分是硅体系统不改变,使用三面独立超级电容替换原来的电池,每面电容柜增加独立的超级电容充电器,相较于原来的直流变桨系统,现在是三面独立充电,从充电效率来说都是有质的提升。第二步是电容模组采用了国内各个阶层的品牌,国外、国内都有,整个选择范围是非常广的,可以供不同需求、不同经费的业主来选择。第三步在改造超级电容的同时,也对主控系统的逻辑进行了一些调整和优化,也是基于东方风电对超级电容整个系统特性的理解,做了一些系统逻辑的调整,脱离了单独只改超级电容,而不改主控存在的一些安全隐患。这个方案的特点首先超级电容系统具备更宽温度适应范围,从零下40到65度都是可以完美支持现场运行。第二点有充足的能量储备,收桨能量大于1500千焦,收桨次数大于三次,远远满足国标,我们作为整机厂商不能盲目推高国标,只是具备这样的向能,当然不建议国标在这个基础上做新的调整。另外具备更长的使用寿命,充放电次数大于50万次,充电时间小于10分钟,目前这款产品改造已经超过500台,而且超级电容作为目前主流变桨技术后备电源已经应用了超过两千台机组。
  
  汇报第三部分是集成式交流变桨系统改造方案,首先实施背景,早期直流变桨系统结果由L+B控制器、直流变桨驱动器、直流电机和后备电源蓄电池结构构成,本身是具备一定的好处,同时也有一些短板,它的短板是,比如直流电机电刷的磨损会导致直流电机工作率比较大,故障率比普通交流电机高,另外一点电池作为后备电源它有一些短板,受环境因素的影响,L+B复杂的继电器回路和接受器回路相对现在的系统来说更高一点,在这个背景下,东方电气提出新的改造方案,采用集成式变桨系统来替代直流变桨系统,采用集成式驱动器来集成了原来的变桨电机刹车模块,也集成了充电器的功能,集成了最早和L+B控制器,包括早期贝孚,PLC控制器,所以说这款产品首先它的集成度相对来说是非常高的,另外一点回路设计的非常简单,把原来控制回路和继电器回路和接触器回路做了很大线路上的优化,控制继电器大概减少了70%左右。方案特点,第一选型选取了一款集成式驱动器,同步选用了匹配的电机,关键器件选型选取了可靠性比较高的集成式驱动器,表现出故障率比较低的特性。另外驱动器和电机的尺寸与早期1.5兆瓦直流系统是完全匹配的,可以借用原来柜体进行改造,这样在施工难度和改造成本对业主来说都是可以接受。电机额定工况经过测试和现场运行,运行超过2小时以后,温升每小时小于1摄氏度,整个系统的温升都是控制的非常好,而且电机也不需要像早期1.5兆瓦直流电机不需要额外的散热风扇。从电机选型来说留的余量比较大,满足到目前有很多风电场推出一些叶片的小换大、叶片加长、叶片异形改变的技改,可以FD70到FD93整体叶片的选行,为后续业主做叶片的技改做充足的铺垫,避免重复浪费业主的运维费用。第四点这套系统具备良好的高低温性能,零下40度可以实现无故障运行,高温至60度,30扭米,额定运行2小时,温升小于1摄氏度每秒,另外我们的系统在具备低穿同时,高电压穿行也是非常优越,同样满足1.3倍500毫秒,我们作为独立变桨系统来说还是尽量把高电压穿行标准提的高一点。另外系统拓扑集结构相较于早期直流电变桨系统,交流变桨系统集成度非常高,节约了很多的接触器和继电器,整个拓扑结构是非常简单,也具备了前面描述的变桨系统独立安全链技术,从软件和硬件来说有软件的EFC,硬件有变桨系统独立的EFC,跟当前主流交流变桨系统是非常温和的。实施业绩,集成式的交流变桨系统作为东方风电交流变桨系统,已经应用两千台风机,同时同平台系列变桨完成了鉴衡和电科院的双重认证,在安全方面我们考虑的特别长远,东方风电具备变桨技术完全独立自主知识产权,可以为业主提供后续无限的技术支持。
  
  第四部分是主控系统逻辑优化,我们是针对早期主控系统的逻辑,根据这几年自己的想法提了一些新的逻辑优化的点,第一点是主控系统刹车投入的逻辑,实施背景就是早期(英文)一系列技术,在机组刹车上是安全断开以后刹车马上投入,这样会导致在高速运转的时候,因为本身我们是双馈机组,这样一种工况会导致机组传动链在高速运转的时候冲击是非常大的,另外一点高速刹车投入有一定的火灾安全隐患,优化以后,刹车投入不与安全链直接关联,首先是依靠变桨实现先降速,然后再做刹车判断,仅是线路改造和软件改造,改造成本比较低。方案二是应急偏航功能增加,早期的机组偏航过程中跟安全链有关系,安全链断开以后,机组自动偏航功能被禁用了,在这种情况下如果机组发生停机失效,首先第一步是断开安全链,为了改变这种现状,我们也是出了自己的方案,第一步把线路上做了调整,将自动偏航工程与安全回路独立开来,另外做了软件逻辑,主动给出一个偏航测控90度,这样可以实现机组超速工况下通过偏航90度降低整个机组转速,实现停机的过程。实施业绩,也是2兆瓦及以上功率等级的主力技术,运营超过1500台,改造业绩在600台以上。第三部分是变流器低温快速启动功能,早期变流器加热回路比较多,反馈到主控回路也比较多,任何一路加热都会导致机组故障冲击,我们做了分类,如果不影响并网加热回路,我们就做了一个性能上改造,只能加热不让它反馈,对于影响并网的加热回路,我们把这种加热的故障改成一种状态,让机组在加热状态下也可以继续的转速提升,提升到并网转速1200的时候,就在这个状态进行等待,一旦加热状态进去以后,机组马上进行并网切入,不像早期的三北地区出现变流器低温频繁的主控在起停的鼓掌,就可以得到很大程度的缓解。实施业绩在双馈1.5兆瓦机组上已经超过了500台。今天的主题就是这么多,非常感谢大家在展会的最后一天的到来,谢谢大家。
  
  (根据速记整理,未经本人审核)
 
关键词: 风电
 

 
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