浅谈W型风机偏航系统的调节
浅谈W2000型风机偏航系统的调节
Discussion on the W2000 wind turbine yaw adjustment
【摘要】偏航系统的控制技术是大型风力发电机组研究的关键部分，直接影响整个风电机组的发电效率和风能利用效率，本文主要谈及启东场二期上海电气W2000型风机，偏航系统的校对和设置。能源，环境是当今人类生存和发展的所要的紧迫问题，风力发电作为一种可持续的发展的新能源，已经成为当今社会发展必不可少的条件，他不仅可以节约常规资源，而且能减少环境污染。因此，控制技术是风机组安全高效运行的关键。目前如何提高风机的发电量，已成为风场效益的重要因素，风能最大限度的利用，取决于偏航系统的稳定可靠，通过对偏航系统安装和设置，对风向标传来的信号能进行处理，使风轮始终处于迎风状态，获得最大风能利用，获得最大的经济效益。
【关键词】：风力发电；风能利用；偏航系统
第1章引言
1.1.背景
风能因其巨大的蕴藏量。可再生，分布广，绿色无污染等诸多优点，在世界范围内得到了广泛重视。风能的高效利用依赖于风电机组对风向的高效追踪。偏航系统是实现风电机组快速精准的有效对缝，避免风
能损失的实行机构，是水平轴风力发电机不可或缺的关键部件；对于大型风力发电机，当偏航系统追风功能丧失后，风电机组必须停机。偏航系统性能的直接决定着风电机组的安全性和经济性。风能独特的随机性、间接性、塔影效应、反调峰特性对偏航系统工作原理的基础上，概述了偏航系统控制策略研究现状，结合实际运行数据，讨论了传统偏航系统控制策略存在的局限性【1】。
1.2.研究的意义
随着对能源需求的持续增长和日益严格的环境法规，兆瓦级风力发电机组已成为风能利用的主流设备，当风速矢量方向发生变化时，风力发电机组的偏航系统能够快速、平稳的对准方向，以便获得最大风能。
偏航系统是风力发电机组必不可少的组成部分之一。主要是与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，以便最大限度的吸收风能，提高风力发电机组的效率；同时提供必要的紧锁力矩，以保证风力发电机组完成对风动作后能够安全定位运行。因此偏航系统的控制问题就显得尤为重要【2】。
第2章偏航系统的介绍
2.1.偏航系统的作用与分类
偏航系统有被动偏航系统与主动偏航系统两种。被动偏航系统是当风轮偏离风向时，利用风压产生饶塔架的转矩使风轮对准风向，如果是上风向，则必须有尾舵；如果是下风向，则利用风轮偏离后推力产生的恢复力矩对风。但对大型风力发电机组很少采用被动偏航系统，被动偏航系统不能实现电缆自动解扭，易发生电缆过扭故障。【3】主动偏航则是采用电力或液压驱动的方式让机舱通过齿轮传动使风轮对准风向来完成对风动作。启东场采用的是上海电气W2000型风力发电机组，该机组偏航速度为0.68°/s。偏航时间为八分五十秒。采用是主动偏航形式。
偏航系统位于塔架与主机架之间，由数组驱动装置和侧面轴承、滑动垫片、大齿圈等部件组成。一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、扭缆保护装置、偏航液压装置等部分组成。大齿圈与塔筒紧固在一起，偏航驱动装置和侧面轴承均与主机架连接在一起，外部有玻璃钢罩体的保护，大齿圈的上下及侧面布置滑动垫片，在偏航时机舱能在此滑动片上滑动旋转。
当风向改变时，风向仪将信号传到控制系统，控制驱动装置工作，小齿轮在大齿圈上转动，从而带动机舱旋转，使得风轮对准风向。【4】机舱可以两个方向旋转，旋转方向由接近开关进行检测。当机舱向同一个方
向偏航的极限达到±720°时，限位开关将信号传到控制装置后，控制机组快速停机，并反转解缆。
2.2偏航系统的设置与校对
2.2.1扭缆零位
风机进入服务模式，手动偏航到扭缆自然下垂无扭转位置，使电缆自然下垂。如图1所示。
图1
2.2.2扭缆清零
HMI上打开高级维护，选择“扭缆清零”点击确定，则该位置被定义为扭缆零度位置。如图2所示。
图2
2.2.3拆开计数器盒盖和固定支架
断开偏航电机马达或者拍下安全链，保证偏航电机不会动作。用一字螺丝刀拆开偏航计数器盒盖。用18#套筒扳手拆开偏航计数器固定支架。如图3所示。
图3
2.2.4偏航左限位调节
面对小齿轮，逆时针转动偏航计数小齿轮，直到HMI上显示-720°。（从0位起约转动25圈）用一字螺丝刀松开偏航凸轮调节螺栓，使凸轮处于可调节状态。用一字螺丝刀慢慢调节左限位凸轮（4号位），当听到“咔”的清脆声音时，停止转动。此时偏航左限位开关动作。若这之前左限位凸轮已经触发，需要反向转动使其打开，然后再轻轻调节使其触发。（目的是为了使其在-720°时刚好触发）左限位凸轮触发后，可以看到HMI上偏航左停止开关在打开状态。
设定好左限位凸轮后，紧固凸轮调节螺栓。以保证下面的调节过程中设定好的凸轮位置不会偏移。如图四、五所示。
图4
图5
继续转动小齿轮，转到HMI显示-900°（从0位起约转动31圈）。
松开凸轮调节螺栓，慢慢调节左安全链凸轮（3号位）当听到“咔”的清脆声音时，停止转动。HMI安全链监控显示偏航扭缆触发。再紧固凸轮调节螺栓。此时，偏航左限位凸轮开关和左紧停凸轮开关调节完成。如图六所示。
图6
面对小齿轮，顺时针转动偏航计数小齿轮，直到HMI上显示720°（从0位起约转动25圈）松开凸轮调节螺栓，用一字螺栓刀慢慢调节右限位凸轮（2号位），当听到“咔”的清脆声音时，停止转动。此时，偏航右限位开关动作。若之前右限位凸轮已经触发，需要反转将其打开，然后再慢慢调节使其触发。右限位凸轮触发后，可以看到HMI上偏航右停止开关处于打开状态。调节完成后紧固凸轮调节螺栓。如图七所示。
图7
2.2.7固定支架安装
转动齿轮到HMI显示扭缆0度位置。
盖上盒盖，安装固定支架（注意齿轮间的间隙）。此时，整个偏航扭缆，调试完毕。如图八所示。
图8
2.2.8偏航位置清零
风玫瑰图的实现(贝福系统）：在服务模式下，手动偏航到机舱尾部对准正北方，进入HMI高级维护，点击“偏航位置清零”按钮，确认。此时，偏航零位定义成功。如图九所示。
图9
第3章偏航系统调节说明
3.1偏航调试时的注意事项
1、调试时需要至少两人配合，一人操作一人观看HMI。
2、手动偏航到零位后，关闭偏航电机马达，确保在调试时偏航电机不会工作。
3、因偏航计数器安装位置较高，在拆装的时候要注意安全。偏航调试过程中会触发安全链系统，要做好准备，防机舱振动，可以在偏航到零位后直接拍下安全链。
4、每次转动计数小齿轮之前都需要紧固凸轮调节螺栓，调节凸轮时才松开。目的是为了使调节位置不会发生偏移，使结果更加准确。
5、凸轮位置全部确定后，紧固凸轮调节螺栓，然后转动偏航级数小齿轮到各个角度再次确认下，每个凸轮位置是否准确。
3.2操作结果说明
此调试的结果为，当风机偏航扭缆位置到达指定位置时，按照程序设定（一般设定为停机模式下±580°解缆和运行模式下±710°解缆），风机会执行停机、解缆命令。小凸轮设定±720°触发，是风机扭缆的第一层保护，即当风机扭缆位置以超过±710°时，PLC停机解缆命令没有被执行，若偏航继续的话，会触发左右限位开关，使其偏航停止，风机停机。同理±900°的安全链凸轮设定也是如此，它是风机扭缆的第二层保护，当偏航左右限位开关失效时，偏航还在继续的话，会触发安全链系统，偏航停止，风机停机。旋转偏航编码器小齿设定PLC保护级为720°，安全链保护为900°。机舱零位定义为，机舱尾部对准正北方位置。
参考文献
[1] 杨校生. 风力发电技术与风电场工程[M]. 北京：化学工业出版社，2011
[2] 李恩义. 风力发电基础理论[M]. 北京：中国电力出版社，2016
[3] 宫靖远等. 风电场工程技术手册[R]. 北京：机械工业出版社，2004
[4] 叶杭冶. 风力发电组的控制技术[M]. 第2版. 北京：机械工业出版社，2006