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风机安全问题
为了清楚了解风机的风机安全性设计的基本原理,现摘录(Jens-Peter Molly)的部分章节如下:
刹车器的作用与齿轮箱过载
刹车器的作用:常用于风机的安全系统,也用于静止或正常运行。其形式有:机械的、电器的或气动刹车。但使风轮从运动回到静止状态的可靠性要求很高。
齿轮箱需承受的运行载荷:
1、发电机端的扭矩波动,它取决于控制质量。在正常情况下,控制器产生的波动不超过额定扭矩的120%;在特殊情况下,变桨产生的扭矩波动可能会超过额定扭矩的150%。
2、制动时的载荷,机械刹车布置在齿轮箱的高速轴端,刹车时常常产生很高的刹车扭矩,特别是无刹车片或卡住产生的刹车扭矩更高。
3、并网时产生的冲击载荷,尤其是与电网同步失败产生的冲击力更大。
4、风机故障停机或检修刹车,大风波动产生的风轮扭矩。
齿轮箱需承受的故障载荷:
1、发电机短路,冲击扭矩可以达到满负荷扭矩的8倍。
2、风机紧急制动,刹车器安装在齿轮箱的高速端,有可能产生最危险的刹车载荷,刹车制动可能提前于叶片的收桨,此时的刹车力应有两倍的满负荷扭矩。
刹车的频繁度,因风场状况的不同而不同,频繁刹车可能造成齿轮箱齿面的点蚀。
发电机短路会产生危险的冲击载荷,为避免此冲击载荷,齿轮箱与发电机通过特殊联轴器连接。过载时迅速扭断联轴器。
机械刹车
按刹车的情况可分:运行刹车,紧急刹车。
刹车系统应按照,“保证故障情况下的风机安全”原则设计。风机检查刹车片的厚度以保证风机安全。
安装在高速轴端的机械刹车,一则,由于在刹车过程中,从刹车开始时的滑动摩擦到其后的静止摩擦力,制动力不均匀造成齿轮箱过载;二则,高速端的刹车盘静止的瞬间,风机的风轮可能来回摆动造成齿轮箱齿面的动态过载。
未了避免以上情况,并保护刹车,在整个刹车过程中,刹车力矩的调整应保持是一个柔性的过程。
如果只采用一个刹车器,会增加轴承的支撑力和径向作用力;采用两个刹车器可避免轴承的径向作用力。
刹车扭矩应大于两倍最大扭矩,这不是按额定功率给出的,还与其他条件有关。如:
1、在额定或超速时的风轮刹车。
2、在运行过程中的风机最大功率,可能超过风机额定功率的50%。
3、基于变桨方面的考虑。在大风的条件下,从设计上讲,此时的最小桨距功率超过额定功率。如果风轮进行机械刹车,那么由于风轮转速下降。桨距角也变小
,这样功率吸收的同时,扭距还会增大。
值得注意的是:在刹车过程中,风轮扭矩会提高,所以,最大扭矩系数应大于最大功率系数。
运行与运行安全
风机的运行是全自动的,在故障时,报故障停机并处于保护状态。机组的容量越大,运行监控越复杂,要求也越高,造价越高。对于正常运行的风机,监控与保护有两种功能。一、随时可手动停机;二、错误操作控制系统正常,或非正常运行时,通过控制参数或硬件开关动作来进行保护。尤其是风机超速的极限值,无论是手动或非正常运行都不能超过容许值。
系统自检:运行时自动检测风机的各种实际功能。
静止状态:风轮处于顺桨状态,机械刹车松开,风轮可缓慢随风转动,以便叶片中的水从叶片流出,避免冬季结冰胀裂叶片,后台操作可刹住叶轮。
起动:风机启动后,叶片到达70度位置,叶轮转动加快。
等待状态:测试叶片启动位置的风轮转速,当风轮转速超过3转每分时,风机进入运行状态。对于运行风机来说,风太大,即使是等待时间超过了允许值,风机可能仍然处于等待状态,
同步励磁:控制桨距使风机加速到额定转速下的某一速度,风机开始与电网同步。
负载运行Ⅰ:风机并网发电,控制桨距使风机在额定功率下运行;在部分负荷下运行,风机的桨距调整到最佳位置(一般在叶片的0°
位置);当风机发电为负证明风机吸收电网电,超过一定的时间风机切除(在-20KW时间超过30秒)。
负荷变化运行Ⅰ-Ⅱ或Ⅱ-Ⅰ:风机由低转速到高转速(Ⅰ-Ⅱ)加速;停机后从电网脱网(Ⅱ-Ⅰ)。
负载运行Ⅱ:风机输出功率,大风时调整到额定功率;部分负荷时,风机的桨距已到最佳位置(一般在叶片的0°位置);风速过高(如:超过25米以上30米以下,时间超过10分钟)风机切除。
停机:风机处于等待状态。
等风状态:风机处于运行状态下的相对静止状态。
正常运行过程
1、维护、风过小、过大停机。
2、电网故障。
3、风机启动到同步、并网运行。
非正常运行
风机故障,必须手动复位。
1、超过允许的电缆缠绕值。
2、运行时系统电压低。
3、液压系统故障。
4、发电机缺相保护。
5、变桨速度太慢。
6、过载
7、发电机过热。
风机紧停
1、超速。
2、变桨角度超过允许值。
3、转速测量故障。
超速
机械飞车
机舱塔架振动
运行故障。
安全性
安全性在风机设计中占有至关重要的地位,因为它