2.2--金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組測量傳感器與模塊

1、金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組測量傳感器與模塊一一 、溫度測量用傳感器與模塊、溫度測量用傳感器與模塊二二 、轉(zhuǎn)速測量用傳感器與模塊、轉(zhuǎn)速測量用傳感器與模塊三三 、振動測量用傳感器與模塊、振動測量用傳感器與模塊四、四、 角度測量用傳感器與模塊角度測量用傳感器與模塊五、風速、風向測量用傳感器與模塊五、風速、風向測量用傳感器與模塊六、電能測量用傳感器與模塊六、電能測量用傳感器與模塊七、其它測量用傳感器與模塊七、其它測量用傳感器與模塊課程目錄一 、溫度測量用傳感器與模塊 在風力發(fā)電機組中，需要監(jiān)測大量部件的溫度，以保證這些部件能夠工作在正常的溫度下，并及時給機組控制系統(tǒng)提供各個部件的溫度情況，使機組的控制

2、系統(tǒng)做出及時反應動作，避免部件溫度過高出現(xiàn)損傷及燒毀的問題。在風力發(fā)電機組使用的溫度傳感器主要為溫度電阻Pt100和熱敏電阻。 在金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中溫度電阻Pt100用于發(fā)電機溫度測量、環(huán)境溫度測量、控制柜溫度測量、冷卻系統(tǒng)溫度測量等。 在金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中 熱敏電阻用于變槳電機過熱保護、偏航電機過熱保護、充電器直流預充電保護等。 一 、溫度測量用傳感器與模塊 這種溫度傳感器是利用導體鉑（pt）的電阻值隨溫度的變化而變化的特性來測量溫度的。通常這樣的溫度傳感器可以測量負200到正500攝氏度的范圍，而且在這個溫度范圍下，鉑的電阻值和溫度具有良好的線性關(guān)系。 溫度電阻Pt10

3、0的特性：0攝氏度時，溫度電阻Pt100的電阻值正好是100歐姆，其阻值隨溫度的上升而上升，隨溫度的下降而下降，呈現(xiàn)正溫度系數(shù)特性。溫度傳感器Pt100 熱敏電阻 一 、溫度測量用傳感器與模塊 熱敏電阻由半導體陶瓷材料組成，利用的原理是溫度引起電阻變化。熱敏電阻包括正溫度系數(shù)（PTC）和負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻，以及臨界溫度熱敏電阻（CTR）。熱敏電阻（PTC）的溫度電阻曲線圖一 、溫度測量用傳感器與模塊 熱敏電阻PTC一般與熱敏電阻繼電器一起使用，當熱敏電阻監(jiān)測繼電器檢測到串接在其檢測端的電流減小到一定程度時，熱敏電阻監(jiān)測繼電器失電動作切斷給用電設(shè)備的供電，起到保護作用。當電路排除故障后

4、，熱敏電阻的阻值會迅速恢復到原來的阻值水平，熱敏電阻無需更換而可以繼續(xù)使用。金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中偏航電機的保護中使用了熱敏電阻PTC與熱敏電阻繼電器。 ABB PTC熱敏電阻電動機保護繼電器二 、轉(zhuǎn)速測量用傳感器與模塊 目前，風力發(fā)電機組中大量使用的轉(zhuǎn)速測量傳感器大致上分為兩種，一種是接近開關(guān)，另外一種是增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。當然隨著技術(shù)的發(fā)展，其它類型的轉(zhuǎn)速測量模塊也被陸續(xù)的應用到風力發(fā)電領(lǐng)域。 金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中葉輪轉(zhuǎn)速的測量是通過接近開關(guān)及Overspeed轉(zhuǎn)速模塊來實現(xiàn)的，發(fā)電機轉(zhuǎn)速測測量是通過Gpluse + Gspeed 轉(zhuǎn)速模塊來實現(xiàn)的。接近開關(guān)二 、轉(zhuǎn)速測量用傳感

5、器與模塊接近開關(guān) 接近開關(guān)是一種不與運動部件進行機械接觸而可以操作的位置開關(guān)，當物體接近開關(guān)的感應面到動作距離時，不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動作，從而驅(qū)動交流或直流電器或給計算機裝置提供控制指令。二 、轉(zhuǎn)速測量用傳感器與模塊 金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中葉輪轉(zhuǎn)速的測量是通過接近開關(guān)及Over speed 轉(zhuǎn)速模塊來實現(xiàn)的。Over Speed葉輪轉(zhuǎn)速測量二 、轉(zhuǎn)速測量用傳感器與模塊Over Speed模塊測速原理Gpulse+Gspeed發(fā)電機轉(zhuǎn)速測量 金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中發(fā)電機轉(zhuǎn)速的測量是通過發(fā)電機轉(zhuǎn)速測測量是通過Gpluse + Gspeed 轉(zhuǎn)速模塊來實現(xiàn)的。二 、轉(zhuǎn)

6、速測量用傳感器與模塊二 、轉(zhuǎn)速測量用傳感器與模塊二 、轉(zhuǎn)速測量用傳感器與模塊 為了測量機組的異常振動（如葉片的擺振），所有的大型風力發(fā)電機組都裝有振動測量傳感器。一般機組會安裝2個監(jiān)測目的不相同的傳感器，一個被用于監(jiān)測機組的振動頻率（或加速度），另一個被用于監(jiān)測因振動激勵而引起的振動幅度。三 、振動測量用傳感器與模塊機艙加速度測量模塊 主要用于檢測機艙和塔架的低頻振動情況，頻率范圍為（0.1-20Hz），可以同時測量垂直2個方向的加速度，加速度的測量范圍為（-0.5g-+0.5g)。加速度輸出信號與輸出電壓的關(guān)系，如下所示：X方向加速度 V ：-0.5g=0V ; 0g=5V ; +0.5g=

7、10VY方向加速度 V ：-0.5g=0V ; 0g=5V ; +0,5g=10V1g - 9,81m/s 金風1.5兆瓦機組中的加速度傳感器是使用專用加速度芯片(ADXL322或類似芯片)搭建的專用電路模塊。二 、轉(zhuǎn)速測量用傳感器與模塊ADXL322芯片原理 用芯片來測量機組當前的振動加速度值，并在機組的控制程序中設(shè)置了加速度的允許值（或者不同風速的情況下，對應不同的振動加速度限定值），一旦傳感器測定到的振動加速度值（X方向或Y方向）超過限定值，機組立即執(zhí)行相應的保護程序。三 、振動測量用傳感器與模塊振動開關(guān) 振動開關(guān)監(jiān)測的是機組的機艙的振動擺幅，同時也是機組振動的最后一道保護，其開關(guān)觸點被

8、串接在機組的安全鏈回路里。常見的振動開關(guān)有擺錘式和鏈球式兩種。金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中使用的是擺錘式 振動開關(guān)。四、 角度測量用傳感器與模塊 金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中，應用角度測量控制部位分別是葉片的變槳角度和偏航的機艙角度。葉片角度采用絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器測量，偏航的機艙位置角度采用TER凸輪計數(shù)器（或稱偏航位置傳感器）中的旋轉(zhuǎn)變阻器（電位器）測量。四、 角度測量用傳感器與模塊絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器 目前，公司使用的絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器有兩種：一種是多圈磁性旋轉(zhuǎn)編碼器（堡盟GM400）；另一種是多圈機械旋轉(zhuǎn)編碼器（庫伯勒sendix編碼器）。絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器的基本結(jié)構(gòu)原理 四、 角度測量用傳感器與

9、模塊Bit 1Bit 2Bit nselectF/R*strobeshaft infraredtransmitter-LEDpulse diskphoto diodearrayonly for absolute encoderwith code convertercompa-ratorsmemorycode-converteroutputdriverN透鏡脈沖盤光電-ASIC磁鐵傳感器軸LEDASIC數(shù)據(jù)鋰電池cw/ccw, 零位設(shè)置, 電池檢測四、 角度測量用傳感器與模塊堡盟GM400基本結(jié)構(gòu)原理 四、 角度測量用傳感器與模塊庫伯勒機械旋轉(zhuǎn)編碼器基本結(jié)構(gòu)原理 四、 角度測量用傳感器與模塊四、

10、 角度測量用傳感器與模塊四、 角度測量用傳感器與模塊 由于風力發(fā)電機組的發(fā)電機電纜及所有電氣、通信電纜均從機艙直接引入塔筒 ，直到地面的控制柜及配電柜如果機艙經(jīng)常向一個方向?qū)︼L偏航，會引起電纜的嚴重扭轉(zhuǎn)。因此，風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)都具備扭纜保護的功能。要對電纜進行保護，就必須對機組的偏航位置進行測量、監(jiān)測并實施限位保護，這就需要用到傳感器。金風1.5兆瓦機組中采用TER凸輪計數(shù)器（或稱偏航位置傳感器）進行保護。四、 角度測量用傳感器與模塊 金風1.5兆瓦機組中，TER凸輪計數(shù)器使用旋轉(zhuǎn)變阻器（電位器）采集機組偏航位置，使用內(nèi)部的凸輪觸點及微動開關(guān)實施機組的偏航限位保護。四、 角度測量用傳感器

11、與模塊五、風速、風向測量用傳感器與模塊 風速和風向是風力發(fā)電機組需要測量的重要參數(shù)。風速的測量需要使用風速計（儀），風向的測量需要使用風向標。在風電領(lǐng)域常見的風速計為轉(zhuǎn)杯式風速計和超聲波測風儀。在風電領(lǐng)域常見的風向計為舵式風向標和超聲波測風儀。金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組使用的是轉(zhuǎn)杯式機械旋轉(zhuǎn)風速儀和尾舵式機械旋轉(zhuǎn)風向標。五、風速、風向測量用傳感器與模塊風向標風向標風速儀風速儀測量范圍測量范圍03600.750m/s精確度精確度2%2%FS分辨率分辨率5.6 0.02 m/s起始值起始值 0.7 0.7 m/s輸出輸出0(4).20 mA = 0.360最大：負載：最大：負載：600歐姆歐姆0(

12、4).20 mA = 0.50 m/s最大負最大負載：載：600歐姆歐姆應用范圍應用范圍溫度：溫度：-30+70C；風速；風速 060 m/s電源電源20.28 VDC；450 mA ；heating；electr；controlled ；9 W五、風速、風向測量用傳感器與模塊單片機420mA210V010V0576Hz0360度度050m/s075m/s機械旋轉(zhuǎn)風速儀、風向標工作原理 六、電能測量用傳感器與模塊電壓互感器 注意：使用過程中電注意：使用過程中電壓互感器的二次側(cè)不壓互感器的二次側(cè)不能短路，否則會燒壞能短路，否則會燒壞電壓互感器。電壓互感器。電壓互感器元件符號： 六、電能測量用傳感

13、器與模塊電磁式電壓互感器的基本原理電容式電壓互感器的基本原理112211KUUCCCUC六、電能測量用傳感器與模塊霍爾磁平衡式電壓互感器的基本原理金風1.5MW水冷變流機組主控柜中的電壓互感器六、電能測量用傳感器與模塊英飛凌水冷變流功率單元的LEM電壓互感器六、電能測量用傳感器與模塊普通電流互感器的基本原理穿心式電流互感器的基本原理六、電能測量用傳感器與模塊變流器出口的電流互感器六、電能測量用傳感器與模塊磁場平衡式霍爾電流傳感器原理圖六、電能測量用傳感器與模塊六、電能測量用傳感器與模塊 金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中使用LEM的霍爾電流互感器和OverCurrent模塊進行發(fā)電機的過流和不平衡故

14、障的監(jiān)測保護。當機組發(fā)電機出現(xiàn)過流、缺相、不平衡故障時，OverCurrent模塊根據(jù)霍爾電流互感器測量的電流對發(fā)電機斷路器的欠壓脫扣線圈斷電，分斷發(fā)電機斷路器進行保護。六、電能測量用傳感器與模塊六、電能測量用傳感器與模塊 PAC3200是一種用于面板安裝的高性能電力儀表，可用來計量、顯示配電系統(tǒng)的 50 個測量變量，集遙測、遙信、遙控于一體，大尺寸 LCD 圖形中文顯示屏。PAC3200本體集成以太網(wǎng)接口，支持 MODBUS TCP協(xié)議。SENTRON PAC3200 SENTRON PAC3200 性能特點性能特點應用：盤面儀表、電氣設(shè)備遠程控制、基本電能質(zhì)量監(jiān)測;遙測：三相電壓、電流、功

15、率、功率因數(shù)、頻率、電度等;遙信：開關(guān)運行狀態(tài)或故障狀態(tài)等信號，本體帶1個DI、DC24V;遙控：遠程控制分或合閘，本體帶1個DO;通訊：集成以太網(wǎng)接口，支持Modbus TCP;通訊擴展：可插接PROFIBUS-DP和MODBUS-RTU通訊模塊;大尺寸LCD圖形顯示屏，中文或多語言顯示;采用標準型密封，防護等級達到 IP65;結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小 。電能表PAC3200 金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中機組的電能測量及統(tǒng)計使用的是西門子的伍德沃德的MFR300模塊或PAC3200模塊。六、電能測量用傳感器與模塊伍德沃德MFR 300測量保護模塊 MFR 300利用采樣測量值方法測量變化的電壓/

16、電流值。使用5kHz的速率采樣每一相的所有數(shù)據(jù)，在一周期內(nèi)進行積分運算，通過計算得到均方根值。有功功率值通過計算電流和電壓相乘值的積分得到的。頻率是由電壓過零的間隔時間確定的。無功功率是通過電壓和電流之間的相位移計算得到的。功能： 4 個可自由配置的轉(zhuǎn)換繼電器 1 個自檢繼電器 CAN bus接口LED1: LED1常亮綠色，表示設(shè)備已經(jīng)自檢正常。LED2: LED2變成紅色， 表示CAN bus的3個傳送PDOs被配置成“SYNC”傳送方式并且在3秒內(nèi)沒有收到CAN SYNC消息。六、電能測量用傳感器與模塊六、電能測量用傳感器與模塊七、其它測量用傳感器與模塊 限位保護或位置測量行程開關(guān) 金風1.5兆瓦風力發(fā)電機組中變槳系統(tǒng)使用行程開關(guān)，進行變槳系統(tǒng)位置的限制以進行安全保護。行程開關(guān)行程開關(guān)結(jié)構(gòu)與按鈕類似，但