(大唐新疆清洁能源有限公司新疆乌鲁木齐新市831200)
一、环境情况
气温：-18℃平均风速：19.32m/s
天气：晴最高风速：21.4m/s
二、事件经过
1、事件详细经过：
2018年2月11日2时46分51秒，风机监控屏报出“变流器总故障”、“安全链2级继电器”、“发电机超速开关”故障信号，风机故障停运，2时47分19秒叶轮转速降至1rpm。
风机从并网正常发电至超速停机，共经历了4个过程：
过程1：2时40分至2时44分32秒，风机从正常发电到脱网；
过程2:2时44分32秒至2时46分43秒，由空转加速阶段进入到并网连接阶段，发电机转速由304rpm升至1130rpm；
过程3：2时46分46秒至51秒，风机并网连接阶段，发电机转速信号发生异常跳变，发电机转速由1139.94rpm升至2069rpm；
过程4：2时46分51秒，报出“变流器总故障”、“发电机超速开关”故障信号，故障停机，2时47分18秒，发电机转速由2069rpm升至3400.68rpm后，降至100rpm。
三、原因分析
（一）超速分析
1、发电机脱网分析
查看5分钟记录时间戳，2月11日02时40分到02时45分，发电机转速出现数据跳变，最大值5349.78rpm、最小值303.9rpm，见下图：
从记录数据分析，2时45分时刻，主轴转速出现最大值：18.36rpm（齿轮箱速比99.5，换算齿轮箱高速端转速：18.36rpm×99.5=1826.82rpm）；发电机非驱动端转速最大值为1826rpm（编码器测量）。经过换算的齿轮箱侧转速与发电机非驱动端转速相符，由此推断5分钟内发电机转速实际最大值：1826rpm，可判断发电机驱动端出现的跳变数据5349rpm不是发电机实际转速，为干扰信号造成的跳变转速，最大转速见下图：
控制策略：在发电状态下，控制器转速限定值由当前设定的功率通过转矩表反查获得当前转速最佳限定值，基于减少偏差调节,发电机转速以计算的最佳转速作为最大限定控制值。
在发电状态下，当发电机转速出现跳变数据5349rpm时，发电机转速远远大于控制器转速最佳限定值的最大值：1788.122rpm。
发电阶段控制策略要求：以最佳转速作为目标值，减小最佳转速与发电机转速实际值的偏差。此时1788.122rpm<5349.78rpm,为缩小与最佳值偏差，主控发出收桨动作，桨叶角度最大收到70°，收桨过程中，转速降至1070rpm后，风机脱网，转速最低降低到304rpm，此时主轴转速：3.06rpm，齿轮箱转速：304.74rpm，变流器转速：304rpm。机组由并网发电状态转到脱网状态。
控制逻辑：当发电机转速小于1070rpm（#rIniMSRePowerToRunupGenSpd）时，机组切换到41状态（MS_RUNUP）。
2、发电机并网连接过程分析
（1）故障后风机事件记录描述
02时46分51秒，风机在并网连接阶段报出：“变流器总故障”故障信号、风机进入停机阶段，继续报出“发电机超速开关”、“安全链2级继电器”故障信号，02时48分20秒风机进入待机阶段。
（2）发电机转速跳变
依据“发电机超速开关”故障信号，查看故障记录数据，02时46分46秒，发电机转速出现异常跳变，发电机转速值由1139.94rpm跳变到3421.44rpm，跳变数据见下图：
检查其他检测数据，发现风速值、风向值、液压站压力、齿轮油压力和齿轮油出口压力都同时出现数据异常跳变，（齿轮油温度、发电机线圈温度、齿轮箱轴承温度、户外温度、机舱温度和振动传感器检测值并未出现异常情况）。
（3）发电机转速跳变原因分析
02时46分46秒时，发电机转速由1139.94rpm跳变为3421.44rpm，持续时间为60ms，3个循环周期后恢复到正常转速1140.3rpm，此时主轴11.4rpm，齿轮箱转速1139.94rpm，变频器转速1141rpm，见下图：
对比发电机转速与主轴转速、齿轮箱转速、变频器转速，说明此时风机实际转速在1139rpm左右，检测到的发电机转速值是由于干扰等原因造成异常跳变。
压力检测和风速风向仪检测都是采用硬接线方式，主控采集到电流信号进行量程转换，温度值都是通过PT100进行热电阻温度信号转换，此次信号异常均为电流信号（模拟量信号）受励磁干扰或模块松动所致，机舱柜体内接线见下图。
针对干扰信号可能出现的情况进行现场模拟测试：手动断开模块通讯，中断后的恢复时刻，数据变化趋势最为接近本次的故障现象，结合其他风场曾出现过由于机舱模块松动引起的故障现象，初步判定干扰信号由于机舱部分模块松动，现将机舱模块返厂，由厂家进行分析。
（4）超速过程分析
（3421.44rpm→1140.3rpm→2069rpm→3400.68rpm）
并网加速阶段控制策略：控制器转速限制值以1130rpm作为最大限制值，引导发电机转速升高；
并网连接阶段控制策略：控制器转速限制值跟随当前发电机转速最大值；
并网发电阶段控制策略：依据当前功率，对比功率设定值通过反查表算出最佳转速作为最大限制值；风机此时运行在并网连接阶段，由于控制器转速限制值跟随发电机的实时转速，当发电机转速出现跳变数据3421.44rpm时，控制器转速限制值取值3421.44rpm，控制器转速限制值取值见下图：
跳变数据持续60ms后发电机转速跳变数据恢复到1140.3rpm，数据跳变过程见下图：
依据并网连接阶段控制要求，以此时的控制器转速限制值为目标值，减小目标值与发电机转速实际值的偏差（3421rpm>1140.3rpm）,发电机转速跟随目标值3421rpm,主控系统发出开桨指令，桨叶角度最大收到4.27°，角度变化见下图：
随着桨叶角度展开，发电机转速升高，当转速达到2069rpm时，触发“变流器总故障”、“发电机超速开关”故障，（控制策略：发电机软件保护值为1980rpm（延时0.5s），发电机转速硬件保护值为2000rpm（延时0.4s），变流器机侧超速保护限制值为2050rpm）。
触发“变流器总故障”后，变桨系统执行主控系统发出的收桨指令，桨叶#1收至86.6°，桨叶#2收至86.5°，桨叶#3收至9.62°，见下图：
查看数据记录，故障后1s内，桨叶仍执行开桨动作，角度由4.27°开桨至0.67°，致使发电机转速由2069rpm继续升高到2452.02rpm。
桨叶继续开桨1s，主要是由于变频器设置的减速时间0.5s（见图21）、通讯（CANopen）延时0.3s及执行机构动作延时0.1s造成（共影响0.9s），满足控制策略要求。
风机转速升高到2452.02rpm后，开始收桨动作，此时机组转速较高，#1、#2、#3桨叶角度达到最大，在惯性作用下，转速降低有一定的滞后性，导致转速上升最高达到3400.68rpm后开始降转速停机。
查看故障数据，机组变桨#1桨用时18.62s收至86.57°、#2桨用时17.06s收至86.47°，#3桨用时5.34s收至9.62°后未动作，按照故障后7°/s的收桨速度，桨叶应在12.3s完成收桨动作，#1桨、#2桨分别滞后6.32s、4.76s。桨叶位置见下图：
风机故障后30s变桨桨叶角度跟随曲线如下图所示：
备注：曲线1，2，3分别为#1、#2、#3叶片的位置反馈，红色曲线为主控系统位置给定。
#1桨叶：在整个紧急收桨过程中的首尾两个阶段均以最大速度7°/s执行顺桨指令，12°～36°区间报了4次25号故障码（25-变桨
电机超速：超过速度限值1667rpm）和1次5号故障码（5-变频器直流母线过压：大风作用在叶片上，使得叶片正向驱动电机，使母线电压升高），发生前4次25号故障后，变桨系统PLC自动发出复位指令。控制策略：1s内故障被清除，将继续执行顺桨命令；1s内未清除故障，则切换至变桨系统工频收桨模式；当发生直流母线过压故障时，变频器前端接触器断开，利用备用电源继续执行收桨命令。#1桨叶的5次故障均在1s以内被复位，故#1桨叶的收桨时间超过紧急收桨5s时间。
#2桨叶：整个紧急收桨过程中的首尾两个阶段同样以最大速度7°/s执行收桨指令，在27°-52°区间，#2桨叶在大风作用下，使得叶片正向驱动电机力矩较大，进而导致图23中4所示的超速和5所示的桨叶回调动作。
#3桨叶：收桨过程中发生两次异常情况，上图黄色曲线所示，其中6所指部分，#3变频器未发生故障，但是位置反馈异常，风机故障时刻后30s内未完成收桨指令。
当变桨系统发生直流母线过压故障时，将断开变频器前端接触器，利用备用电源继续执行收桨命令，#2桨叶变频器母线电压见下图：
查看机组运行记录，在02时48分20秒，机组主控系统进入待机模式，其中主机进入待机模式的控制策略：变桨系统3个叶片位置均大于85°且延时5s。据此可以判断该时刻以前，变桨系统#3桨叶已自动顺桨至安全位置。根据该曲线中的两端位置异常，可以确定#3变频器工作异常，建议更换新变频器，并将故障品返厂并由罗克韦尔变频器厂家进一步分析异常原因，最终给出结论。
四、暴露出问题
1.风机控制策略不完善。在并网连接阶段，控制器转速限制值跟随发电机转速信号最大值3421.44rpm后，不再采用小于发电机最大转速数据，造成发电机跳变转速恢复正常后的数据，不再作为控制器转速限制值，同时转速限制值采集的转速信号无上限限值进行保护，致使最后转速持续升高，造成超速。
2.风机主控程序缺少对异常数据的分析、处理功能。机舱控制柜内模块松动导致发电机转速信号跳变，主控程序未对异常跳变信号进行分析、处理，直接将跳变数据作为目标值参与逻辑控制。
3.主控程序对延时动作情况考虑不周，变桨系统执行主控指令滞后。变桨控制系统在收到主控指令后1s才执行收桨动作，致使发电机转速快速升高，发电机转速从2069rpm升高到2452.02rpm。
4.变桨变频器性能不稳定。#3桨叶在故障收桨过程中，卡塞在9.62°，造成发电机转速进一步升高，故障停机后，又自动收回#3桨叶。