金风750kW系列风力发电机组并网
金风48750风机电控分析
S48/750KW风机电控说明由于风力发电机是异步发电机，由于异步发电机要从电网吸收无功电流来励磁，使电网的功率因数降低，为了保证电网的供电质量和减少线路损耗，在发电机并网后通过并联电容对系统进行无功补偿。
需要配备无功补偿装置，其最大无功补偿容量是根据异步发电机在额定功率时的功率因数来设计的，也就是说在额定功率时，其补偿的无功功率必须保证功率因数达到设计的额定功率因数，一般大于0.98。
（为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已。
视在功率：电能由电压和电流两者提供，即S=UI。
视在功率是有功功率和无功功率的和，也就是电压和电流的有效的乘积。
在实际供电中，就好比两个人进行协作，若协作没有偏差时，电能可向外供出，当两个人又差别时，如电流超前或电流滞后，则供电的效率将降低，差别的大小就是电压和电流之间的相角差，反应到效率则用相角差的余弦即功率因素表示。
有功功率就是有效的能量输出，无功功率则是无效的能量输出（无用功）。
有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cos,功率因素反映电机利用电网的程度，越高越好）。
他们之间的数学关系是：S=UI ：视在功率P=S*cosa ：有功功率，a为相角差，cosa称为功率因素Q=S*sina ：无功功率在本电控系统中，无功补偿电容是分五级进行补偿的，五组容量分别为：125kVar、25kVar、25kVar、25kVar和25kVar。
风力发电机并网完成之后，PLC中心控制器根据所需无功功率控制交流接触器投切五组电容进行补偿。
注意：在正常情况下，刀熔分断开关处于闭合状态，当需要维护更换熔断器时，需断开刀熔开关。
电容补偿主回路为交流690V，维护检修时应断开主断路器QF1.5！软并网控制器采用三对反并联的可控硅串接于风力发电机的三相供电线路上，采用限流软并网控制模式，利用可控硅的电子开关特性，通过控制其触发角的大小来改变可控硅的开通程度，由此改变发电机输入电压的大小，以达到限制发电机并网电流的特性，原理图如下： 在该控制模式下，风力机组以设定的电流为限幅值运行，当风力机组并网过程完成后，使旁路接触器闭合，发电机与电网直联运行，旁路闭合后停止软并网，因此可控硅只是短时工作，不需要强制散热。
关于金风S48／750KW风机软启动过程及故障分析
关于金风S48/750KW风机软启动过程及故障分析摘要：金风S48/750KW风机启动时，为了避免启动电流对电网的冲击，采用由双向可控硅组成的软启动控制电路，通过控制可控硅的导通角，从而控制发电机定子绕组的输入电压，使发电机的启动电流平滑上升，减小了电机的启动损耗。
并在PLC的程序控制下，当电机转速达到设定值时，自动闭合旁路接触器，使可控硅开关安全切出，最终完成发电机的并网。
关键词：软启动双向可控硅异步发电机控制流程故障分析金风S48/750KW风机在新疆风能公司苜蓿台风电场安装39台，总计容量29250KW。
从2010年至今已经运行两年有余，一些软启动故障也渐渐暴露出来。
本文通过对软启动的启动过程和故障分析，为风机维护人员处理此类故障提供参考。
一、什么是软启动（一）软启动的定义软启动（soft start），是指在电机启动过程中，通过控制电机的启动电压，从而使电机的启动电流平滑运行的一种启动方式。
（二）软启动的种类1．斜坡升压软启动这种启动方式比较简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定的函数关系增加。
其缺点是，由于不限流，在电机启动过程中，有时产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际应用较少。
2.斜坡恒流软启动这种方式是在电机的初始启动阶段，启动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定，直至启动完毕。
启动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。
电流上升速率大，则启动转矩大，启动时间短。
该启动方式是应用最多的启动方式，尤其适用于风机负载的启动。
3.阶跃启动开机后以最短的时间使启动电流迅速达到设定值，即为阶跃启动。
通过调节启动电流设定值，可以达到快速启动效果。
4.脉冲冲击启动在启动初始阶段，让晶闸管在极短的时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，最后连入恒流启动。
该启动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需要克服较大的静摩擦的启动环境。
金风750kW系列风力发电机组并网
L2
L2 19.411 19.364 18.911 18.864 18.833 18.786
Time [SS.ms]
图 2 启动电流 从图中可以看出，启动过程约为 0.55s；其中电流大于 750A 的持续时间约为 0.531 s，电流 超过 1000A 的持续时间约为 77ms，电流最大值约为 1120A。
启动过程中相应的电压(V)变化情况如下图 3、图 4 所示：
Network Analysis
Goldwind F6 wind turbine
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图 4：启动电压 启动过程中电压最低值大约为 655V，为额定电压的 94%。
金风 750kW 风力发电机主控开的参数整定值为： L 过载保护：I1=In*（0.4+0.04+0.16+0.32）=1000*0.92=920，保护等级CLASS设定为 20(16s)； R 电动机堵转保护：I5 设定为 3,3*I1=2760A,t5=4s；此保护功能被启用，即拨码开关在”on” 位置。
Time [HH:MM]
图 3：启动过程电压变化情况
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Network Analysis
Goldwind F6 wind turbine
750运行维护手册
新疆金风科技股份有限公司企业标准Q/GW-ZD7.5.1-030-2003 S48/750kW风力发电机组运行维护手册版本：A编制：王海蛟校对：审核：批准：受控状态：2003年8月2日发布 2003年12月1实施新疆金风科技股份有限公司目录1 概述 (4)1.1 系统说明 (4)1.2 技术数据 (5)1.3 叶轮 (5)1.4 齿轮箱 (5)1.5 刹车系统 (5)1.6 发电机 (6)1.7 底座 (6)1.8 偏航系统 (6)1.9 塔架 (6)1.10 重量 (6)1.11 机舱图 (7)2 安全规范 (7)2.1 安全规范概述 (7)2.2 人身安全 (7)2.2.1 上下塔架 (7)2.2.2 紧急救护 (8)2.2.3 偏航刹车和偏航驱动 (8)2.2.4 传动系统 (8)2.2.5 紧急停机键 (9)3 安全设备 (9)3.1 叶尖刹车 (9)3.2 高速轴刹车 (9)3.3 传感器 (10)3.3.1 转速 (10)3.3.2 功率 (10)3.3.3 过电流 (10)3.3.4 电网监控 (10)3.3.5 风速 (10)3.3.6 风向 (11)3.3.7 振动 (11)3.3.8 发电机温度 (11)3.3.9 齿轮箱温度 (11)3.3.10 刹车系统条件 (11)3.3.11 扭缆 (11)3.3.12 紧急停机键 (11)3.4 液压系统 (11)3.5 控制系统自检 (11)3.6 内部开关柜监控 (11)4 运行控制 (11)4.1 运行控制硬件布置 (11)4.2 控制时序 (12)4.2.1 限定值和基础数据 (12)4.2.2 启动 (12)4.2.3 发电状态 (12)4.2.4 小风情况下脱网 (12)4.2.5 因风速限制停机，重启动 (13)4.2.6 运行和停机过程的监控 (13)4.2.7 相同故障重复发生 (15)4.2.8 极限风况下系统的安全 (15)4.2.9 内部监控 (15)5 运行 (16)5.1 键盘操作 (16)5.1.1 操作功能 (17)5.1.2 使用行编辑 (18)5.2 菜单浏览 (20)5.3 登录 (20)5.4 开机和停机 (20)5.5 复位: (20)6 维护 (21)6.1 维护时间表 (22)6.2 维护项目说明 (26)6.3 润滑清单 (表 6.2) (35)6.4 螺栓紧固力矩 (表 6.3) (36)1. 概述1.1 系统说明JF48/750型风力发电机组是失速控制，平行轴，额定出力P electr. = 750 kW的并网型风力发电机组。
针对金风750kW系列风力发电机组频繁起停问题的分析与讨论_陈锋
３）当发电机转速和叶轮转速＝ ０，并且达到 １０ ｍｉｎ 或双闸全部制动后，机组执行停机命令。
（６）紧急停机 １）所有继电器、接触器失电，最终安全链断开。 ２）叶尖与两部高速闸同时制动。
５ ）两闸全抱死后当发电机转速和叶轮转速都降为 零时，（叶尖不收回）达 ５ ｓ 后执行停机命令。
（５）安全停机 １）叶尖与高速闸 １ 同时制动。 ２）当发电机转速降至同步转速时旁路接触器切出，
闸 ２ 制动。 ３）叶尖不收回。 具体程序设置： １）当执行安全停机时，要执行甩叶尖，旁路接触器
切出，发电机接触器切出，软起动切出状态，并且不准 许机组对风，禁止复位。
这样一来机组处于当地每年长达数月的小风月份 时，叶尖液压缸以这样的频率工作，必然会加重设备的 损耗，最终导致经济上不必要的损失，而且增加了现场 人员的维护工作量和工作难度。
以上所列几组风机的运行数据都是典型的小风时间 段时机组运行状态的变化情况，通过数据显示分析，可 以明显地看到机组短时间内在小风运行阶段时由并网状 态到自由停机的次数。
没有起动机舱维护和禁止起动时（准许起动），则可 以强制起动后让风机进入空转状态。
风机在停机状态下可进行维护。 （３ ）发电机并网
机组运行当中准许自动对风和复位： 当 ３０ ｓ 平均风速≤ ５ ｍ／ｓ 时，且 ３０ ｓ 平均功率≤ － ５ ｋＷ 达到 ５ ｍｉｎ（慢脱网时间）时，且当有功功率小 于 ０ 时，则执行自由关机，如果此时并网次数≥ ４ 次则要 执行正常停机。 当 ３０ ｓ平均风速≤５ ｍ／ｓ时，且有功功率≤－１０ ｋＷ 达到 ２ ｍｉｎ（快脱网时间）时，则执行自由关机，如果此 时，并网次数≥ ４ 次则要进执行常停机。 （４）正常停机 １）甩叶尖。 ２ ）当发电机转速降至同步转速时，旁路接触器切 出，进行脱网。 ３）当发电机转速≤ ５００ ｒ／ｍｉｎ 时将高速闸 １ 制动。 ４）如果甩叶尖后发电机转速继续上升则将闸 ２ 制动。 ５）下次制动时两闸调换顺序。 ６）停机后将叶尖收回。 如果出现任何转速不正常（如发电机转速继续上升） 则执行安全停机。具体程序设置如下。 当机组执行“正常停机”命令时： １）甩叶尖且不准许对风和禁止复位。 ２）甩叶尖后当机组状态为①有功功率≤ ０ 时，或② 延时１０ ｓ，或③发电机转速≤１ ５００ ｒ／ｍｉｎ。 满足上述条件后旁路接触器切出后延时 ２００ ｍｓ 后软 起动关闭，再延时 ２００ ｍｓ 后发电机接触器切出（１０ ｓ 后 退电容）。
750典型故障分析
新疆金风科技股份有限公司企业标准Q/GW-ZD7.5.1-052-750-200707金风S50/750kW风力发电机组典型故障处理手册版本：编制：审核：批准：750风力发电机组典型故障处理集1：三相电流不平衡故障名称故障原因说明可能原因分析处理措施备注三相电流不平衡当发电机在运行状态有一相电流与其它两相相差超过故障设定的界限1:有可能大电机接触器的一个触点烧毁不导通所致2:电机线圈绝缘损坏使电流不平衡3:发电机接线端子松开4.电容器有损坏1:检查大接触器主触头2:检查电机3:检查发电机端子4.更换电容器可在风机没有并网的情况下用测试程序测试电容器处理措施：三相电流不平衡故障可以首先检查在风机没有并网的情况下，投电容部偿后电流值是否平衡，如果三相电流平衡那么电容器系统就可以断定是正常的。
接着可以检查发电机和旁路接触器的触头是否正常，应为如果这两个接触器的触头烧毁，那么在风机并网后应为缺相也会报三相电流不平衡。
另外就是检查发电机的所有接线端子的连接状况是否正常，接线端子如果接线不正常也会应为缺相报出电流不平衡故障上述就是检查电流不平衡故障的要点。
2：建压超时故障名称故障原因说明可能原因分析处理措施备注建压超时建压时间超过故障设制值90秒1:叶尖溢流阀调整有误2:防爆膜冲破3:开始叶尖进油值设定过高4:管路漏油1:调整溢流阀的整定值2:检查防爆膜3:重新设定开始叶尖进油值4:检查管路的情况下溢流，使叶尖压力一直上不去从而使系统压力也上不去从而使液压泵一直运转，超过停泵时间报出故障。
还有就是防爆膜冲破和管路泻漏也使叶尖压力一直上不去从而报建压超时故障。
3：偏航电机过载故障名称故障原因说明可能原因分析处理措施备注偏航电机过载应为大电流使偏航的空开或热继跳开1:偏航余压过高2:偏航接触器或热继电器损坏3:偏航电磁刹整流块烧毁1:调整偏航余压2:更换接触器或热继电器3:更换整流块19.2FI-4:12偏航过载QF8.31413FR8.39695FR8.5969524VDC偏航余压过高使风机在偏航时受到较大的磨擦力从而使偏航电流过大超过热继的整定值时热继电器动作，偏航接触器和热继电器损坏会使风机在偏航时缺相从而热继动作，报出故障。
金风风机并网特性介绍
1 6 :3 6 1 6 :3 5 1 6 :3 5 1 6 :3 5
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1 6 :3 5 1 6 :3 5
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SVC的无功补偿效果
SVC的无功电度补偿效果
查干浩特风电场样机SVC运行数据：无功电度 积累（2007/04/06）
风机号 无功电度 +kVarh（发出） 无功电度 –kVarh（消耗）
并网型风机的发展简介
变频率宽调速同步电机型风机 可变桨控制，叶轮调速范围宽，风能利用率高 无齿箱（或一级齿箱）的直驱设计，直接避免了风机工程运行中的最大故 障点 • 直接驱动采用多极对的永磁（或励磁）同步发电机，叶轮转速慢，风机运 行噪声低 • 风机通过全功率变频器并网，风机实现全功率范围柔性控制，可控能力强 • 风机效率高，结构简单维护费用低；风机成本高 代表： 金风1.5MW 直驱宽调速永磁同步型风机 3. • •
Go l d wi n d F6 wi n d t u rb i n e
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1 6 :1 91Fra bibliotek6 :1 9金风750kW风机加装SVC的电气特性介绍
叶轮
增速齿箱
750kW 异步 发电机
SVC
升压变压器
网侧
改进设计后的风机就地端采用动态无功补偿设备，使风机风机并网功率因数为1， 控制精度20kVar，系统响应时间小于20ms。风机可以根据系统电压的变化范 围进行一定的无功控制，比如系统电压高于一定水平时，减少无功补偿容量
风力发电机组的并网
风力发电机组的并网2008年07月23日星期三 09:23当平均风速高于3m/s时，风轮开始逐渐起动；风速继续升高，当v>4m/s时，机组可自起动直到某一设定转速，此时发电机将按控制程序被自动地联入电网。
一般总是小发电机先并网；当风速继续升高到7～8m/s，发电机将被切换到大发电机运行。
如果平均风速处于8～20m/s，则直接从大发电机并网。
发电机的并网过程，是通过三相主电路上的三组晶闸管完成的。
当发电机过渡到稳定的发电状态后，与晶闸管电路平行的旁路接触器合上，机组完成并网过程，进入稳定运行状态。
为了避免产生火花，旁路接触器的开与关，都是在晶闸管关断前进行的。
(一)大小发电机的软并网程序1)发电机转速已达到预置的切人点，该点的设定应低于发电机同步转速。
2)连接在发电机与电网之间的开关元件晶闸管被触发导通(这时旁路接触器处于断开状态)，导通角随发电机转速与同步转速的接近而增大，随着导通角的增大，发电机转速的加速度减小。
3)当发电机达到同步转速时，晶闸管导通角完全打开，转速超过同步转速进入发电状态。
4)进入发电状态后，晶闸管导通角继续完全导通，但这时绝大部分的电流是通过旁路接触器输送给电网的，因为它比晶闸管电路的电阻小得多。
并网过程中，电流一般被限制在大发电机额定电流以下，如超出额定电流时间持续3.0s，可以断定晶闸管故障，需要安全停机。
由于并网过程是在转速达到同步转速附近进行的，这时转差不大，冲击电流较小，主要是励磁涌流的存在，持续30～40ms。
因此无需根据电流反馈调整导通角。
晶闸管按照0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°、180°导通角依次变化，可保证起动电流在额定电流以下。
晶闸管导通角由0°大到180°完全导通，时间一般不超过6s，否则被认为故障。
晶闸管完全导通1s后，旁路接触器吸合，发出吸合命令1s内应收到旁路反馈信号，否则旁路投入失败，正常停机。
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启动过程中相应的电压(V)变化情况如下图 3、图 4 所示：
Network Analysis
Goldwind F6 wind turbine
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风机关于系统故障的包含参数见下表：
系统参数
保护值（可 设定）
一级高频保护 50.2Hz
持续时间 （可设定）
保护动作
1． 如果风机未启动，风机保 持停机状态
2． 如果风机处于运行状态， 风机将保持运行
频率 二级高频保护 51Hz
低频保护
<=47.5 Hz
电压 一级过压保护 >=762
1 min
风机安全停机
16:20 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19 16:19
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Network Analysis
Goldwind F6 wind turbine
图：金风 750kW 机组电气拓扑图 1. 系统稳态运行情况及系统保护值设定介绍
金风 750kW 风机发电机组，额定功率为 750kW，运行功率因数为感性 0.99。正常运行 情况下风机有功出力随着风大小波动在 0～750kW 之间波动，风机的无功补偿系统随着风机 吸收无功的大小进行调节，可以保证风机出口的功率因数为 0.99，无功补偿误差可以控制在 50kVar 以内。
图 1 为启动过程中三项电流 RMS 变化情况，其中横轴代表时间(小时：分钟) ，纵轴代表三 项电流有效值（A）：
Network Analysis
Goldwind F6 wind turbine
L1
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Avg/Tot
1000
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Time [HH:MM]
图 1：F6 启动过程中电流变化 下面（图 2）将启动过程中电流放大：
Time [SS.ms]
图 4：启动电压 启动过程中电压最低值大约为 655V，为额定电压的 94%。
金风 750kW 风力发电机主控开的参数整定值为： L 过载保护：I1=In*（0.4+0.04+0.16+0.32）=1000*0.92=920，保护等级CLASS设定为 20(16s)； R 电动机堵转保护：I5 设定为 3,3*I1=2760A,t5=4s；此保护功能被启用，即拨码开关在”on” 位置。
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图 2 启动电流 从图中可以看出，启动过程约为 0.55s；其中电流大于 750A 的持续时间约为 0.531 s，电流 超过 1000A 的持续时间约为 77ms，电流最大值约为 1120A。
2. 风机软启动过程介绍及主空开保护设定值 风机在启动过程中，采用可控硅控制导通角的方式进行机组软并网过程。启动电流小于
等于 1000A，启动时间小于等于 2s。下图为实际风机的启动过程电流录播情况，试验样机 为达坂城风电场 F6 号机组金风 750kW 机组上进行，启动过程中就地风速大于 18m/s。测试 时间为 2006-12-19，16：19:
金风 750kW 系列风力发电机组软并网参数
金风科技 乔元
金风 750kW 风力发电机使用异步发电机组，异步发电机组通过主空开与电网直接相连， 因此机组的运行特性与异步电机类似，机组在机端 690V 出口处采用并联电容器组的方式进 行就地端无功补偿，正常运行条件下，风机的并网功率因数可以达到 0.99。风机在启动过程 中，采用可控硅控制导通角的方式进行机组软并网过程，启动的电流有效值小于 1000A，持 续时间小于 2s。风机电气系统的拓扑图如下图所示：
Time [HH:MM]
图 3：启动过程电压变化情况
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Network Analysis
Goldwind F6 windp [V]
20.051 20.004 19.973 19.926 19.879 19.848 19.801 19.770 19.723 19.692 19.645 19.614 19.567 19.536 19.489 19.442 19.411 19.364 18.911 18.864 18.833 18.786 18.754 18.708 18.676 18.629 18.583 18.551 18.504
4
1．如果风机未启动，风机保 持停机状态 2．如果风机处于运行状态， 风机将安全停机
风机安全停机
二级过压保护 一级欠压保护 二级欠压保护 三相电流不平衡
>=782
200 ms
<=606 V
1 min
<=589 V
200 ms
>= +20% 表：风机的系统故障保护值
风机安全停机 风机安全停机 风机安全停机 风机安全停机
I 短路保护：I3设定为6In =6000A，跳扣时间为定值,达到门限值就断开。
PTC保护设定： INPUT位置为“O/I” ，后备保护功能时间K TIME位置为“MIN”(80ms) U 缺相和三相不平衡保护 ：U功能位置设为“OFF” , 脱扣复位设定为MAN,参数设定方式为 MAN，操作模式设置为重任务模式(HEAVY).