关于风电机组接近开关引发的故障分析

李畅 邬勇

摘 要：接近开关作为一种非接触位置判断型的传感器，广为应用在风电机组的自动检测单元，常见如用于叶片转速、转动方向、偏航位置计量、高速轴转速、低速轴转速、发电机转速等信号测量，本文对风电机组中接近开关信号异常导致机组故障停机展开论述。

关键词：风电机组;发电机转速;接近开关;信号干扰;超速模块;PLC;偏航

1 风电机组中接近开关信号异常触发的常见故障

接近开关应用在风电机组多处转速、位置等信号的测量，如果接近开关的工作中反馈错误信号将导致风电机组接收信号异常而无法起到监测和保护的作用，使机组故障停机。现以东汽FD116A-2WM机型为例介绍几类常见的接近开关信号异常触发故障：

（1）齿轮箱超速紧停和齿轮箱软超速紧停。风电机组齿轮箱高速轴端安装有一接近开关，高速轴端有一凸出金属感应齿，即高速轴每旋转一周接近开关靠近金属感应齿一次，接近开关将感应高电平信号传输至PLC和超速模块，PLC设定有软件超速保护定值，超速模块设定有硬件超速保护定值，当PLC接收到的高电平信号频率超过软件超速保护定值风电机组即报齿轮箱软超速紧停故障停机;当超速模块接收到高电平信号频率超过硬件超速保护定值超速模块将断开风电机组安全链，同时风电机组报齿轮箱超速紧停故障停机。

（2）低速轴超速紧停和低速轴软超速紧停。与齿轮箱超速紧停和软超速紧停故障判断逻辑相同，低速轴前轴承侧安装有两个接近开关，其中一个接近开关用来计量转速信号，低速轴前轴承侧有24个凸出金属感应齿，即低速轴每旋转一周接近开关感应出24个高电平信号，高电平信号传输至PLC和低速轴超速模块，PLC同样设有软件超速保护定值，低速轴超速模块设定有硬件超速保护定值，当PLC接收到的高电平信号频率超过软件超速保护定值风电机组即报低速轴软超速紧停故障停机;当低速轴超速模块接收到高电平信号频率超过硬件超速保护定值低速轴超速模块将断开风电机组安全链，同时风电机组报低速轴超速紧停故障停机。

（3）高速轴或低速轴转速传感器失效。在风速大于风电机组启动风速时，PLC监测到低速轴刹车释放同时传动链其它（低速轴侧、发电机侧）接近开关有一定转速信号的情况下，高速轴转速信号经过换算后持续小于低速轴转速或发电机转速一定比例时，风电机组报高速轴传感器失效故障停机。

与高速轴转速传感器失效故障判断逻辑相同，PLC监测到低速轴刹车释放同时传动链其它（高速轴侧、发电机侧）接近开关有一定转速信号的情况下，低速轴转速信号经过换算后持续小于高速轴转速或发电机转速一定比例时，风电机组报低速轴传感器失效故障停机。

（4）低速轴反向。低速轴前轴承侧安装有两个接近开关，两个接近开关一前一后安装在低速轴前轴承侧，低速轴旋转时，两个接近开关会有先后顺序的触发，当两个接近开关触发反馈信号为“00--10-11-01-00”（0为低电平，1为高电平）一个周期时，PLC即判断低速轴正向旋转，当两个接近开关触发反馈信号为“00-01-11-10-00”一个周期时，PLC即判断低速轴反向旋转，风电机组报低速轴反向故障停机。

（5）偏航传感器失效及偏航方向出错。偏航齿圈侧安装有两个接近开关，偏航齿圈有118个齿，风电机组顺时针偏航一个齿的角度3.05°（360°/118），两个接近开关会触发并反馈信号为“00--10-11-01-00”（0为低电平，1为高电平）一个周期，PLC接收到这种周期脉冲即计量顺时针偏航一个齿的角度为360°/118=3.05°，同理，风电机组逆时针偏航一个齿的角度，两个接近开关会触发并反馈信号为“00--01-11-10-00”（0为低电平，1为高电平）一个周期，PLC接收到这种周期脉冲即计量逆时针偏航一个齿的角度3.05°（360°/118）;当风电机组发出偏航指令持续一段时间，未接收任何一个接近开关触发信号时，风电机组即报偏航传感器失效故障停机，当风电机组发出一种方向的自动偏航指令时，两个接近开关反馈的周期信号计量偏航位置角度变化与自动偏航指令方向相反时，风电机组即报偏航方向错误故障停机。

2 风电机组中接近开关信号异常触发故障的处理

结合接近开关的重要技术参数以及实际应用情况，接近开关信号异常的排查和处理可从以下几个方面着手进行。

接近开关的工作电源。接近开关有其的工作电源电压要求，风电机组中常用接近开关电源电压范围为15-30V DC，同时接近开关属开关型传感器，其电源稳定性直接影响到反馈信号稳定性，可使用示波器对其电源稳定性进行检查。

接近开关的安装尺寸。接近開关由电磁感应原理进行工作，因此应检查接近开关安装是否牢固，其两个接近开关的间距是否满足要求，接近开关安装支架距离是否足够，同时确认其实际感应距离应小于0.5倍额定开关距离。

接近开关的工作环境。风机机组中接近开关安装处多处于轴承润滑处，轴承排出的润滑油脂经常会干扰到接近开关的运行，接近开关表面是否油脂覆盖，对接近开关上的油脂进行清理，同时应对其工作范围内是否有其他金属异物干扰进行检查和处理。

3 接近开关信号的电磁干扰问题

风电机组中选用接近开关反馈信号通常为0到24V DC电压信号，鉴于接近开关所发出的电压型信号易受电磁干扰的特点，当出现信号反馈异常后进行以上常规的四种故障原因排查后，如果对接近开关进行更换仍未解决信号异常问题，应重点检查接近开关的信号干扰问题。

接近开关所使用信号电缆多采用带屏蔽层的信号电缆，实际运维中应对接近开关的屏蔽电缆接地情况进行检查，确认屏蔽线接地可靠，敷设信号电缆尽量远离动力电源线，如确实分不开时可采取十字交叉方式。

如接地仍无法减弱信号干扰的影响，可在信号输入侧并联一个0.1uF的小电容和一个1MΩ的电阻对干扰信号进行过滤和消除。

前面两种情况从硬件角度对干扰信号进行隔离和过滤，同样在软件算法方面也可以对信号源进行过滤，风电机组每个位置所安装的接近开关主要用于检测转速，不同位置的部件均有其转速工作范围，同样不同位置的转速的变化速率也在一定范围内，而不同形式的电磁干扰信号也有其固定的频率范围。根据正常信号与干扰信号的不同特点，可以在软件算法中加入各种滤波算法进行运行测试，最终确定合适的滤波算法以达到清除干扰信号的目的。

结语：风电机组主要设备安装在60-150米的高空中，它不容许众多部件的故障频发而经常维修，接近开关作为风电机组多项重要数据监测的传感元件，由于现场工况，维护工艺的各种原因导致故障频发，检修人员应从根本上掌握其特性，判断异常的真实原因，从而消除这种批量性的缺陷，确保风电机组安全可靠运行。

参考文献

[1] 武昌俊.自动检测技术及应用【M】.北京. 机型工业出版社.2005

[2] 胡向东.传感器与检测技术.第三版.北京.机械工业出版社.2018

[3] 四川省能投盐边新能源开发有限公司《故障处理手册》.2018

作者简介：李畅（1991--），男，四川省能投盐边新能源开发有限公司、研究方向：风电场运维检修、四川省成都市武侯区航空路1号国航世纪中心8F

邬勇（1974--），男，四川省能投盐边新能源开发有限公司、研究方向：风电场运维管理、四川省成都市武侯区航空路1号国航世纪中心8F