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摘要：如果出現风机变桨系统无法紧急顺桨可能造成的危害
国电联合动力的UP77风力发电机组所用的变桨系统是MOOG公司的LUST变浆系统，在生产运行中发现因为变桨蓄电池长期工作在恶劣工况导致失效或充电不足等原因，而无法为变桨电机提供电源，导致无法紧急顺桨停机的可能。极易发生超速飞车、叶片断裂、风电机组倒塌的重大事故。我认为仅有蓄电池作为风机紧急顺桨的备用电源，不能完全保障风机的安全。
关键词：风机 变桨系统 紧急顺桨 危害性 解决方案
分析风机LUST变桨系统紧急顺桨可靠性
风机正常运行中的变桨距调节和正常停机依靠pitchmaster变压整流供电，紧急停机时由变桨蓄电池供电进行顺桨。也就是说，一旦出现安全链动作紧急停机就只能由变桨蓄电池供电，一旦蓄电池电压低于规定值（210V），变桨伺服电机将无法运行，也就无法实现紧急顺桨。此时，pitchmaster出口虽然有电，但程序不能回切pitchmaster供电顺桨方式，无论怎么操作都不能停机，只能依靠高速轴机械刹车强行制动。在高风速时高速轴的转速在1750rpm左右，使用机械制动不一定能成功，一旦机械刹车制动失败，风机将会超速，导致叶片断裂甚至倒塌；并且由于摩擦产生热量，严重时会有火花产生，而机舱内部存在很多电缆、润滑油，极易导致机舱着火。鉴于以上安全隐患，提出对风机变桨系统紧急顺桨进行以下改造，从而确保风机的安全运行。具体改造内容如下：
解决方案一：
将变浆蓄电池更换为超级电容。超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。其优点是充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95%以上；循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次，没有“记忆效应”；大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；功率密度高，可达300W/KG～5000W/KG，相当于电池的5～10倍；充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；检测方便，剩余电量可直接读出；可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题；缺点是如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；
该方案在金风1500KW直驱型风电机组上有成功应用。
解决方案二：
Pitchmaster供电作为紧急顺桨的第二备用电源。风机正常运行中的变桨距控制和停机由pitchmaster供电，安全链动作后，仍由蓄电池供电。当安全链动作后，系统检测到蓄电池电压低和对应的桨叶没有顺桨至92度时，程序自动切换至pitchmaster给相应的变桨私服发电机供电，作为第二备用电源，以保证紧急顺桨的供电正常。之所以不将蓄电池作为第二备用电源是因为：紧急顺桨速度快，电流大，易造成pitchmaster损坏，增加维护费用，一定程度上也降低了风机的可利用率。
此方案需要LUST厂家更改变桨控制程序。
解决方案三：
每个轴柜的蓄电池互为备用电源（每个轴柜蓄电池可以连续顺桨3次）。每个轴柜对应一个蓄电池柜，紧急顺将时，由对应的蓄电池先给自己对应的轴柜供电顺桨，然后帮助另一故障轴柜顺桨。以此类推，两轴柜蓄电池互为备用，可有效保证各桨叶顺桨至92度。具体见下图示：
逻辑说明：
1、轴1电源切换逻辑：触发安全链动作后，轴1变桨电机首先由轴1蓄电池组供电顺桨，满足以下三个条件（轴3桨叶已经顺至92度；轴1桨叶未顺至92度；轴1蓄电池电压低报警）后，由PLC发出指令给轴1电源切换装置，切换至轴3蓄电池组供电，帮助轴1顺桨。当轴1顺桨至92度后，PLC再次发出指令给轴1电源切换装置，退出轴3蓄电池组向轴1变桨电机供电模式。
2、轴2电源切换逻辑：触发安全链动作后，轴2变桨电机首先由轴2蓄电池组供电顺桨，满足以下三个条件（轴1桨叶已经顺至92度；轴2桨叶未顺至92度；轴2蓄电池电压低报警）后，由PLC发出指令给轴2电源切换装置，切换至轴1蓄电池组供电，帮助轴2顺桨。当轴2顺桨至92度后，PLC再次发出指令给轴2电源切换装置，退出轴1蓄电池组向轴2变桨电机供电模式。
3、轴3电源切换逻辑：触发安全链动作后，轴3变桨电机首先由轴3蓄电池组供电顺桨，满足以下三个条件（轴2桨叶已经顺至92度；轴3桨叶未顺至92度；轴3蓄电池电压低报警）后，由PLC发出指令给轴3电源切换装置，切换至轴2蓄电池组供电，帮助轴3顺桨。当轴3顺桨至92度后，PLC再次发出指令给轴3电源切换装置，退出轴2蓄电池组向轴3变桨电机供电模式。
该方案需要在轮毂内重新布线，并修改控制逻辑。
结论
综上所述，第一种方案因为超级电容超低温特性好，温度范围宽增加了变桨系统的可靠性和经济型，而后两种方案均为风机的紧急顺桨增加了第二备用电源。这样能够有效保证风机在紧急情况下的空气制动，极大地提高风机运行的安全性。
国电联合动力的UP77风力发电机组所用的变桨系统是MOOG公司的LUST变浆系统，在生产运行中发现因为变桨蓄电池长期工作在恶劣工况导致失效或充电不足等原因，而无法为变桨电机提供电源，导致无法紧急顺桨停机的可能。极易发生超速飞车、叶片断裂、风电机组倒塌的重大事故。我认为仅有蓄电池作为风机紧急顺桨的备用电源，不能完全保障风机的安全。
关键词：风机 变桨系统 紧急顺桨 危害性 解决方案
分析风机LUST变桨系统紧急顺桨可靠性
风机正常运行中的变桨距调节和正常停机依靠pitchmaster变压整流供电，紧急停机时由变桨蓄电池供电进行顺桨。也就是说，一旦出现安全链动作紧急停机就只能由变桨蓄电池供电，一旦蓄电池电压低于规定值（210V），变桨伺服电机将无法运行，也就无法实现紧急顺桨。此时，pitchmaster出口虽然有电，但程序不能回切pitchmaster供电顺桨方式，无论怎么操作都不能停机，只能依靠高速轴机械刹车强行制动。在高风速时高速轴的转速在1750rpm左右，使用机械制动不一定能成功，一旦机械刹车制动失败，风机将会超速，导致叶片断裂甚至倒塌；并且由于摩擦产生热量，严重时会有火花产生，而机舱内部存在很多电缆、润滑油，极易导致机舱着火。鉴于以上安全隐患，提出对风机变桨系统紧急顺桨进行以下改造，从而确保风机的安全运行。具体改造内容如下：
解决方案一：
将变浆蓄电池更换为超级电容。超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。其优点是充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95%以上；循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次，没有“记忆效应”；大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；功率密度高，可达300W/KG～5000W/KG，相当于电池的5～10倍；充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；检测方便，剩余电量可直接读出；可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题；缺点是如果使用不当会造成电解质泄漏等现象；
该方案在金风1500KW直驱型风电机组上有成功应用。
解决方案二：
Pitchmaster供电作为紧急顺桨的第二备用电源。风机正常运行中的变桨距控制和停机由pitchmaster供电，安全链动作后，仍由蓄电池供电。当安全链动作后，系统检测到蓄电池电压低和对应的桨叶没有顺桨至92度时，程序自动切换至pitchmaster给相应的变桨私服发电机供电，作为第二备用电源，以保证紧急顺桨的供电正常。之所以不将蓄电池作为第二备用电源是因为：紧急顺桨速度快，电流大，易造成pitchmaster损坏，增加维护费用，一定程度上也降低了风机的可利用率。
此方案需要LUST厂家更改变桨控制程序。
解决方案三：
每个轴柜的蓄电池互为备用电源（每个轴柜蓄电池可以连续顺桨3次）。每个轴柜对应一个蓄电池柜，紧急顺将时，由对应的蓄电池先给自己对应的轴柜供电顺桨，然后帮助另一故障轴柜顺桨。以此类推，两轴柜蓄电池互为备用，可有效保证各桨叶顺桨至92度。具体见下图示：
逻辑说明：
1、轴1电源切换逻辑：触发安全链动作后，轴1变桨电机首先由轴1蓄电池组供电顺桨，满足以下三个条件（轴3桨叶已经顺至92度；轴1桨叶未顺至92度；轴1蓄电池电压低报警）后，由PLC发出指令给轴1电源切换装置，切换至轴3蓄电池组供电，帮助轴1顺桨。当轴1顺桨至92度后，PLC再次发出指令给轴1电源切换装置，退出轴3蓄电池组向轴1变桨电机供电模式。
2、轴2电源切换逻辑：触发安全链动作后，轴2变桨电机首先由轴2蓄电池组供电顺桨，满足以下三个条件（轴1桨叶已经顺至92度；轴2桨叶未顺至92度；轴2蓄电池电压低报警）后，由PLC发出指令给轴2电源切换装置，切换至轴1蓄电池组供电，帮助轴2顺桨。当轴2顺桨至92度后，PLC再次发出指令给轴2电源切换装置，退出轴1蓄电池组向轴2变桨电机供电模式。
3、轴3电源切换逻辑：触发安全链动作后，轴3变桨电机首先由轴3蓄电池组供电顺桨，满足以下三个条件（轴2桨叶已经顺至92度；轴3桨叶未顺至92度；轴3蓄电池电压低报警）后，由PLC发出指令给轴3电源切换装置，切换至轴2蓄电池组供电，帮助轴3顺桨。当轴3顺桨至92度后，PLC再次发出指令给轴3电源切换装置，退出轴2蓄电池组向轴3变桨电机供电模式。
该方案需要在轮毂内重新布线，并修改控制逻辑。
结论
综上所述，第一种方案因为超级电容超低温特性好，温度范围宽增加了变桨系统的可靠性和经济型，而后两种方案均为风机的紧急顺桨增加了第二备用电源。这样能够有效保证风机在紧急情况下的空气制动，极大地提高风机运行的安全性。