潮流能发电机组变桨通信故障分析及处理

唐江丰，李邦兴，孙东旭

（固安华电天仁控制设备有限公司，河北廊坊 065500）

0 引言

CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）是目前惟一具有国际标准的现场总线，在工业通信中得到广泛的应用[1]。

CAL（CAN Application Layer）协议是基于CAN 的高层通信协议的一种，最早由Philips（飞利浦公司）设备部门指定。现在CAL 由独立的CAN 用户和制造商集团CiA（CAN in Automation）协会负责管理、发展和推广。CANopen 是在CAL 基础上开发的，使用了CAL 通信和服务协议子集，是提供分布式控制系统的一种实现方案。

1 潮流能变桨系统

潮流能资源是可再生清洁能源之一，并且我国沿岸海岛附近蕴藏丰富[2]。水平轴海洋能发电的相关研究起步较晚，发电机组的发电功率也较小，且为定桨距系统。随着海洋能发电机组的装机容量从小到大，小桨叶向大桨叶逐渐发展，定桨距系统已经很难满足海洋能发电机组的控制要求。

变桨系统是大型潮流能机组安全运行的主要电气部件之一，根据发电机组所处环境的潮流状况，改变叶片的桨距角，从而达到调节潮流能发电机组输出功率和保护机组的目的。

2 常见故障分析及处理

采用CANopen 通信是潮流能发电机组现场总线通信的重要应用方式之一。变桨系统安装于轮毂之内，通过滑环接入到主控制器的CANopen 主站节点上。在潮流能发电机组并网发电时，出现与变桨的通信故障即引起变桨系统紧急顺桨到安全位置，机组停机。

2.1 故障原因分析

CANopen 的通信质量一般与通信线缆的材质结构特性、总线电缆节点数、分支电缆长度、主干线长度、通信速率间有直接关系。此外，在潮流能发电机组的应用上，影响主控制器与变桨系统通信质量的因素还有以下6 个方面：①PLC 主站、从站的通信模块；②线缆插头不牢靠，插针损坏、固定不稳；③滑环内部受污染或质量问题引起的接触不良；④动力线路干扰；⑤布线等安装工艺；⑥浪涌保护器问题等。

2.2 故障案例分析

某潮流能发电厂，其中一台发电机组在发电运行模式下变桨系统CANopen 多次闪断甚至掉线。报通信中断故障后，紧急顺桨到安全位置停机。

分析认为，主控制器到变桨系统的CANopen 通信线路较长（约60 m），其通信线路屏蔽层仅单端接地，且与发电机的输出线路布置在同一线槽内，因此在机组接近满发时，发电机输出线路通过的电流大，致使CANopen 通信线路受到了较大的电磁干扰，直接导致主控与变桨系统通信中断而顺桨停机（图1）。

针对上述原因，对该CANopen 通信线路采取了相应处理措施。即在原线路基础上新增了3 处屏蔽接地（图2）。处理后故障不再出现，证明采取的措施有效。

图1 处理前的变桨系统CANopen 原理

图2 处理后的变桨系统CANopen 原理