1 綜述
         變槳系統(tǒng)的所有部件都安裝在輪轂上。風機正常運行時所有部件都隨輪轂以一定的速度旋轉。  
         變槳系統(tǒng)通過控制葉片的角度來控制風輪的轉速，進而控制風機的輸出功率，并能夠通過空氣動力制動的方式使風機安全停機。  
         風機的葉片（根部）通過變槳軸承與輪轂相連，每個葉片都要有自己的相對獨立的電控同步的變槳驅動系統(tǒng)。變槳驅動系統(tǒng)通過一個小齒輪與變槳軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動。  
         風機正常運行期間，當風速超過機組額定風速時（風速在12m/s到25m/s之間時），為了控制功率輸出變槳角度限定在0度到30度之間（變槳角度根據(jù)風速的變化進行自動調整），通過控制葉片的角度使風輪的轉速保持恒定。任何情況引起的停機都會使葉片順槳到90度位置（執(zhí)行緊急順槳命令時葉片會順槳到91度限位位置）。  
         變槳系統(tǒng)有時需要由備用電池供電進行變槳操作（比如變槳系統(tǒng)的主電源供電失效后），因此變槳系統(tǒng)必須配備備用電池以確保機組發(fā)生嚴重故障或重大事故的情況下可以安全停機（葉片順槳到91度限位位置）。此外還需要一個冗余限位開關（用于95度限位），在主限位開關（用于91度限位）失效時確保變槳電機的安全制動。  
         由于機組故障或其他原因而導致備用電源長期沒有使用時，風機主控就需要檢查備用電池的狀態(tài)和備用電池供電變槳操作功能的正常性。  
         每個變槳驅動系統(tǒng)都配有一個絕對值編碼器安裝在電機的非驅動端（電機尾部），還配有一個冗余的絕對值編碼器安裝在葉片根部變槳軸承內(nèi)齒旁，它通過一個小齒輪與變槳軸承內(nèi)齒嚙合聯(lián)動記錄變槳角度。  
         風機主控接收所有編碼器的信號，而變槳系統(tǒng)只應用電機尾部編碼器的信號，只有當電機尾部編碼器失效時風機主控才會控制變槳系統(tǒng)應用冗余編碼器的信號。 

         2 變漿系統(tǒng)的作用
         根據(jù)風速的大小自動進行調整葉片與風向之間的夾角實現(xiàn)風輪對風力發(fā)電機有一個恒定轉速；利用空氣動力學原理可以使槳葉順漿90°與風向平行，使風機停機。

         3 主要部件組成 

                                                                                                                                  
         4變槳系統(tǒng)各部件的連接框圖 

                                                                                                                    圖 1：各部件間連接框圖
         變槳中央控制箱執(zhí)行輪轂內(nèi)的軸控箱和位于機艙內(nèi)的機艙控制柜之間的連接工作。  
         變槳中央控制箱與機艙控制柜的連接通過滑環(huán)實現(xiàn)。通過滑環(huán)機艙控制柜向變槳中央控制柜提供電能和控制信號。另外風機控制系統(tǒng)和變槳控制器之間用于數(shù)據(jù)交換的 Profibus-DP 的連接也通過這個滑環(huán)實現(xiàn)。  
         變槳控制器位于變槳中央控制箱內(nèi)，用于控制葉片的位置。另外，三個電池箱內(nèi)的電池組的充電過程由安裝在變槳中央控制箱內(nèi)的中央充電單元控制。  
         4.1 中控箱 內(nèi)部風扇加熱器SHVL031應用在些                                       如圖     

 圖 2：中控箱

         4.2 軸控箱  
         在變槳系統(tǒng)內(nèi)有三個軸控箱，每個葉片分配一個軸控箱。箱內(nèi)的變流器控制變槳電機速度和方向。  
     
                                                                                 
        

                                                                                                                             圖 3：軸控箱  
         4.3 電池箱  
         和軸控箱一樣，每個葉片分配一個電池箱。在供電故障或 EFC 信號（緊急順槳控制信號）復位的情況下，電池供電控制每個葉片轉動到順槳位置。  

                                                                                                                           圖 4：電池箱
         4.4 變槳電機  
         變槳電機是直流電機，正常情況下電機受軸控箱變流器控制轉動，緊急順槳時電池供電電機動作。 

                                                                                                                                   圖 5：變槳電機

         4.5 冗余編碼器  

                                                                                                                           圖 6：冗余編碼器
         4.6 限位開關  
         每個葉片對應兩個限位開關：91度限位開關和96度限位開關。96度限位開關作為冗余開關使用。 

                                                                                                                          圖 7：限位開關

         4.7 各部件間連接電纜  
         變槳中央控制箱、軸控箱、電池箱、變槳電機、冗余編碼器和限位開關之間通過電纜進行連接。為了防止連接電纜時產(chǎn)生混亂，電纜有各自的編號。 

         5 變槳系統(tǒng)的保護種類
         位置反饋故障保護：為了驗證冗余編碼器的可利用性及測量精度，將每個葉片配置的兩個編碼器采集到的槳距角信號進行實時比較，冗余編碼器完好的條件是兩者之間角度偏差小于2°；所有葉片在91°與95°位置各安裝一個限位開關，在0°方向均不安裝限位開關，葉片當前槳距角是否小于0°，由兩個傳感器測量結果經(jīng)過換算確定。 除系統(tǒng)掉電外，當下列任何一種故障情況發(fā)生時，所有軸柜的硬件系統(tǒng)應保證三個葉片以10°/s的速度向90°方向順槳，與風向平行，風機停止轉動： 任意軸柜內(nèi)的從站與PLC主站之間的通訊總線出現(xiàn)故障， 由輪轂急停、塔基急停、機艙急停、震動檢測、主軸超速、偏航限位開關串聯(lián)組成的風機安全鏈以及與安全鏈串聯(lián)的兩個葉輪鎖定信號斷開（24V DC信號）；無論任何一個編碼器出現(xiàn)故障，還是同一葉片的兩個編碼器測量結果偏差超過規(guī)定的門限值；任何葉片槳距角在變槳過程中兩兩偏差超過2°；構成安全鏈、釋放回路中的硬件系統(tǒng)出現(xiàn)故障；任意系統(tǒng)急停指令。變槳調節(jié)模式時，預防槳距角超過限位開關的措施： 91°限位開關；到達限位開關時，變槳電機剎車抱閘； 軸柜逆變器的釋放信號及變槳速度命令無效，同樣會使變槳電機靜止。 變槳電機剎車抱閘的條件：軸柜變槳調節(jié)方式處于自動模式下，槳距角超過91°限位開關位置；軸柜上控制開關斷開；電網(wǎng)掉電且后備電電源輸出電壓低于其*低允許工作電壓；控制電路器件損壞。

　                                                                                                                圖8：變漿機構機械連接

         電機變槳距控制機構可對每個槳葉采用一個伺服電機進行單獨調節(jié)，如圖8所示。伺服電機通過主動齒輪與槳葉輪毅內(nèi)齒圈相嚙合，直接對槳葉的節(jié)距角進行控制。位移傳感器采集槳葉節(jié)距角的變化與電機形成閉環(huán)PID負反饋控制。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障，控制電源斷電時，槳葉控制電機由蓄電池供電，將槳葉調節(jié)為順槳位置，實現(xiàn)葉輪停轉。

         6 變槳系統(tǒng)故障分析
         6.1變槳控制系統(tǒng)常見故障原因及處理方法
         6.1.1變槳角度有差異
         葉片1變槳角度有差異
         葉片2變槳角度有差異
         葉片3變槳角度有差異
         原因：變槳電機上的旋轉編碼器（A編碼器）得到的葉片角度將與葉片角度計數(shù)器（B編碼器）得到的葉片角度作對比，兩者不能相差太大，相差太大將報錯。
         處理方法：1.由于B編碼器是機械凸輪結構，與葉片的變槳齒輪嚙合，精度不高且會不斷磨損，在有大晃動時有可能產(chǎn)生較大偏差，因此先復位，排除故障的偶然因素；2.如果反復報這個故障，進輪轂檢查A、B編碼器，檢查的步驟是先看編碼器接線與插頭，若插頭松動，擰緊后可以手動變槳觀察編碼器數(shù)值的變化是否一致，若有數(shù)值不變或無規(guī)律變化，檢查線是否有斷線的情況。編碼器接線機械強度相對低，在輪轂旋轉時，在離心力的作用下，有可能與插針松脫，或者線芯在半斷半合的狀態(tài)，這時雖然可復位，但轉速一高，松動達到一定程度信號就失去了，因此可用手搖動線和插頭，若發(fā)現(xiàn)在晃動中顯示數(shù)值在跳變，可拔下插頭用萬用表測通斷，有不通的和時通時斷的，要處理，可重做插針或接線，如不好處理直接更換新線。排除這兩點說明編碼器本體可能損壞，更換即可。由于B編碼器的凸輪結構脆弱，多次發(fā)生凸輪打碎，因此對凸輪也應做檢查。
         6.1.2葉片沒有到達限位開關動作設定值
         原因：葉片設定在91°觸發(fā)限位開關，若觸發(fā)時角度與91°有一定偏差會報此故障。
         處理方法：檢查葉片實際位置。限位開關長時間運行后會松動，導致撞限位時的角度偏大，此時需要一人進入葉片，一人在中控器上微調葉片角度，觀察到達限位的角度，然后參考這個角度將限位開關位置重新調整至剛好能觸發(fā)時，在中控器上將角度清回91°。限位開關是由螺栓擰緊固定在輪轂上，調整時需要2把小活扳手或者8mm叉扳。
         6.1.3某個槳葉91°或95°觸發(fā)
         有時候是誤觸發(fā)，復位即可，如果復位不了，進入輪轂檢查，有垃圾卡主限位開關，造成限位開關提前觸發(fā)，或者91度限位開關接線或者本身損壞失效，導致95°限位開關觸發(fā)。
         葉片1限位開關動作
         葉片2限位開關動作
         葉片3限位開關動作
         原因：葉片到達91°觸發(fā)限位開關，但復位時葉片無法動作或脫離限位開關。
         處理方法：首先手動變槳將槳葉脫離后嘗試復位，若葉片沒有動作，有可能的原因有：①機艙柜的手動變槳信號無法傳給中控器；可在機艙柜中將141端子和140端子下方進線短接后手動變槳②檢查軸控柜內(nèi)開關是否有可能因過流跳開，若有合上開關后將槳葉調至90°即可復位③軸控箱內(nèi)控制槳葉變將的6K1接觸器損壞，檢查如損壞更換，同時檢查其他電器元件是否有損壞。
         6.1.4 變槳電機溫度高
         變槳電機1溫度高
         變槳電機2溫度高
         變槳電機3溫度高
         變槳電機1電流超過*大值
         變槳電機2電流超過*大值
         變槳電機3電流超過*大值
         原因：溫度過高多數(shù)由于線圈發(fā)熱引起，有可能是電機內(nèi)部短路或外載負荷太大所致，而過流也引起溫度升高。
         處理方法：先檢查可能引起故障的外部原因：變槳齒輪箱卡瑟、變槳齒輪夾有異物；再檢查因電氣回路導致的原因，常見的是變槳電機的電器剎車沒有打開，可檢查電氣剎車回路有無斷線、接觸器有無卡瑟等。排除了外部故障再檢查電機內(nèi)部是否絕緣老化或被破壞導致短路。
         6.1.5變漿控制通訊故障
         原因：輪轂控制器與主控器之間的通訊中斷，在輪轂中控柜中控器無故障的前提下，主要故障范圍是信號線，從機艙柜到滑環(huán)，由滑環(huán)進入輪轂這一回路出現(xiàn)干擾、斷線、航空插頭損壞、滑環(huán)接觸不良、通訊模塊損壞等。
         處理方法：用萬用表測量中控器進線端電壓為230v左右，出線端電壓為24v左右，說明中控器無故障，繼續(xù)檢查，將機艙柜側輪轂通訊線拔出，紅白線、綠白線，將紅白線接地，輪轂側萬用表一支表筆接地，如有電阻說明導通，無斷路，有斷路啟用備用線，若故障依然存在，繼續(xù)檢查滑環(huán)，我場風機絕大多數(shù)變槳通訊故障都由滑環(huán)引起。齒輪箱漏油嚴重時造成滑環(huán)內(nèi)進油，油附著在滑環(huán)與插針之間形成油膜，起絕緣作用，導致變槳通訊信號時斷時續(xù)，冬季油變粘著，變槳通訊故障更為常見。一般清洗滑環(huán)后故障可消除，但此方法治標不治本，從根源上解決的方法是解決齒輪箱漏油問題�；�環(huán)造成的變槳通訊還有可能有插針損壞、固定不穩(wěn)等原因引起，若滑環(huán)沒有問題，得將輪轂端接線脫開與滑環(huán)端進線進行校線，校線的目的是檢查線路有無接錯、短接、破皮、接地等現(xiàn)象。滑環(huán)座要隨主軸一起旋轉，里面的線容易與滑環(huán)座摩擦導致破皮接地，也能引起變槳故障。
         6.1.6變槳錯誤
         原因：變槳控制器內(nèi)部發(fā)出的故障，變槳控制器OK信號中斷，可能是變槳控制器故障，或者信號輸出有問題。
         處理方法：此故障一般與其他變槳故障一起發(fā)生，當中控器故障無法控制變槳時，PITCH CONTROLLER OK信號為0，可進入輪轂檢查中控器是否損壞，一般中控器故障，會導致無法手動變槳，若可以手動變槳，則檢查信號輸出的線路是否有虛接、斷線等，前面提到的滑環(huán)問題也能引起此故障。
         6.1.7變槳失效
         原因：當風輪轉動時，機艙柜控制器要根據(jù)轉速調整變槳位置使風輪按定值轉動，若此傳輸錯誤或延遲300ms內(nèi)不能給變槳控制器傳達動作指令，則為了避免超速會報錯停機。
         處理方法：機艙柜控制器的信號無法傳給變槳控制器主要由信號故障引起，影響這個信號的主要是信號線和滑環(huán)，檢查信號端子有無電壓，有電壓則控制器將變槳信號發(fā)出，繼續(xù)查機艙柜到滑環(huán)部分，若無故障繼續(xù)檢查滑環(huán)，再檢查滑環(huán)到輪轂，分段檢查逐步排查故障。
         變漿電機1轉速高
         變漿電機2轉速高
         變漿電機3轉速高
         原因：檢測到的變槳轉速超過31°每秒，這樣的轉速一般不會出現(xiàn)，大多數(shù)由于旋轉編碼器故障引起�；蛘哂奢嗇瀭鞒龅腞PM OK信號線問題引起。
         處理方法：可參照檢查變槳編碼器不同步的故障處理方法編碼器問題，編碼器無故障則轉向檢查信號傳輸問題。
         6.2變槳機械部分常見故障原因及處理方法
         變槳機械部分的故障主要集中在減速齒輪箱上，保養(yǎng)不到位加之質量問題，使減速齒輪箱有可能損壞，在有卡瑟轉動不暢的情況下會導致變槳電機過流并且溫度升高，因此有電機過流和溫度高的情況頻發(fā)時，要檢查減速齒輪箱。
         輪轂內(nèi)有給葉片軸承和變槳齒輪面潤滑的自動潤滑站，當缺少潤滑油脂或油管堵塞時，葉片軸承和齒面得不到潤滑，長時間運行必然造成永久地損傷，變槳齒輪與B編碼器的鋁制凸輪沒有潤滑，長時間摩擦，鋁制凸輪容易磨損，重則將凸輪打壞，造成編碼器不同步致使風機故障停機，因此需要重視潤滑這個環(huán)節(jié)，長時間的小毛病的積累，必然導致機械部件不可挽回的損壞。
         6.3蓄電池部分常見故障及處理方法
         變漿電池充電器故障
         原因：輪轂充電器3A1不充電，有可能3A1已經(jīng)損壞，有可能由于電網(wǎng)電壓高導致無法充電。
         處理方法：觀察停機代碼，一般輪轂充電器不工作引起3面蓄電池電壓降低，將會一起報
         葉片1蓄電池電壓故障
         葉片2蓄電池電壓故障
         葉片3蓄電池電壓故障
         檢查3A1，測量有無230V交流輸入，有230交流電壓說明輸入電源沒問題，再測量有無230V左右直流輸出和24V直流輸出，有輸入無輸出則可更換3A1，若由于電網(wǎng)電壓短時間過高引起，則電壓恢復后即可復位。
         葉片1蓄電池電壓故障（單獨報錯）
         葉片2蓄電池電壓故障（單獨報錯）
         葉片3蓄電池電壓故障（單獨報錯）
         原因：若只是單面蓄電池電壓故障，則不是由輪轂充電器不充電導致，可能由于蓄電池損壞、充電回路故障等引起。
         處理方法：按下輪轂主控柜的充電實驗按鈕，3面輪流試充電，此時測量吸合的電流接觸器的出線端有無230V直流電源，再順著充電回路依次檢查各電氣元件的好壞，檢查時留意有無接觸不良等情況，確定充電回路無異常，則檢查是否由于蓄電池故障導致不能充電。打開蓄電池柜，蓄電池由3組，每組6個蓄電池串聯(lián)組成，單個蓄電池額定電壓12V，先分別測量每組兩端的電壓，若有不正常的電壓，則挨個測量每個蓄電池，直到確定故障的蓄電池位置，將損壞蓄電池更換，再充電數(shù)個小時（具體充電時間根據(jù)更換的數(shù)量和溫度等外部因素決定），一般充電12小時即可。若不連續(xù)充電直接運行，則新蓄電池沒有徹底激活，壽命大打折扣，很快也會再次損壞，還有可能導致其他蓄電池損壞。
         7、變槳系統(tǒng)飛車的原因分析及預防
         介于風力機的變槳系統(tǒng)的構成及工作原理，能導致葉片飛車的原因有以下3種：
         1） 蓄電池的原因：由變槳系統(tǒng)構成可以得出，在風機因突發(fā)故障停機時，是完全依靠輪轂中的蓄電池來進行收槳的。因此輪轂中的蓄電池儲能不足或電池失電，導致出故障時，不能及時回槳，而會引發(fā)飛車。蓄電池故障主要有2個方面的影響：由于蓄電池前端的輪轂充電器損壞，導致蓄電池無法充電，直至虧損；由于蓄電自身的質量問題，如果1組中有1-2塊蓄電池放虧，電池整體電壓測量時屬于正常范圍中，但是電池單體電壓測量后已非正常區(qū)間，這種蓄電池在出現(xiàn)故障后已不能提供正常電拖動力，來有效的促使槳葉回收，而*終引發(fā)飛車事故。
         2） 信號滑環(huán)的原因：該種風機絕大多數(shù)變槳通訊故障都由滑環(huán)接觸不良引起。齒輪箱漏油嚴重時造成滑環(huán)內(nèi)進油，油附著在滑環(huán)與插針之間形成油膜，起絕緣作用，導致變槳通訊信號時斷時續(xù)，致使主控柜控制單元無法接受和反饋處理超速信號，導致變槳系統(tǒng)無法停止，直至飛車；由于滑環(huán)的內(nèi)部構造的原因，會出現(xiàn)滑環(huán)磁道與探針接觸不良等現(xiàn)象，也會引發(fā)信號的中斷和延時，其中不排除探針會受力變形。 
         3） 超速模塊的原因：超速模塊主要作用就是監(jiān)控主軸及齒輪箱低速軸和葉片的超速。該模塊為同時監(jiān)測軸系的三個轉速測點，以三取二邏輯方式，對軸系超速狀態(tài)進行判斷。三取二超速保護動作有獨立的信號輸出，可直接驅動設備動作。具有兩通道配合可完成軸旋轉方向和旋轉速度的測量。使用有一定齒距要求的齒盤產(chǎn)生兩個有相位偏移的信號，A通道監(jiān)測信號間的相位偏移得到旋轉方向，B通道監(jiān)測信號周期時間得到旋轉速度。當該模塊軟件失效后或信號感知出現(xiàn)問題，會導致在超速時，風機主控不能判斷故障及時停機，而引發(fā)導致飛車。
為了預防變槳系統(tǒng)飛車事故的發(fā)生，我們應該以預防為主，其預防方法如下：定期的檢查蓄電池單體電池電壓，定期的做蓄電池充放電實驗，并將蓄電池檢測時間控制在合理區(qū)間，運行過程中密切注意電網(wǎng)供電質量，盡量減少大電壓對輪轂充電器及UPS的沖擊，盡可能的避免不必要的元器件的損壞；徹底根除齒輪箱漏油的弊病，定期開展滑環(huán)的清洗工作，保證滑環(huán)的正常工作；有針對性的測試超速模塊KL1904的功能，避免該模塊軟故障的形成。