xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx風力發電機組控制及安全系統失效分析(FMEA)xxxxx摘要：風力發電機組的控制及安全系統是一個復雜的綜合性系統，它由變槳系統、偏航系統、液壓系統、剎車系統、功率調節及并網變流系統等子系統組成。本篇在分析這一綜合系統潛在失效模式及其影響時是采用了以分析組成這一系統和其子系統的關鍵電氣部件的潛在失效模式及其對整個系統的影響的方式進行的。這和另一種分析方法：即通過整個系統的邏輯功能潛在失效分析及其影響比較更容易操作，降低了從邏輯功能失效分析時面臨的復雜性。1、概述：風力發電機組的潛在失效模式復雜多樣，既包括了機械結構上的潛在失效模式，又包括了電氣控制及安全系統的潛在失效模式。本文僅對包括制動系統在內的控制與安全系統的潛在失效模式及其影響進行了分析，從整臺風機控制系統邏輯框圖(圖1)中各個控制部件的功能和邏輯關系入手，分析了這個控制系統中每單個部件失效時的模式及其對整個系統的影響。1.1、CCWE3MWD控制及安全系統簡介如如圖1所示，風力發電機組控制及安全系統有以下子系統組成：1、信息采集系統；2、信息分析處理系統；3、信息結果執行系統；4獨立于計算機控制系統的安全鏈系統。其中1、采集信息系統包括：氣象信息采集，如風向風速儀；狀態信息采集，如測速開關、振動分析儀、溫度傳感器、壓力傳感器、扭纜計數器、變槳角度計數器、和編碼器等。2、信息分析處理系統包括：工業PLC模塊等。3、執行操作系統包括：變槳機構、偏航機構、液壓及剎車機構等。4安全鏈系統為一些可能導致致命故障的關鍵點串聯組成，當其中一個出現失效時包括將觸發安全鏈停機，安全鏈串聯的關鍵點包括：急停按鈕、控制器看門狗、變槳電池組狀態檢測、扭纜檢測、振動開關、24V電源掉電、風輪超速、轉子超速等。圖1風力發電機組控制及安全系統框圖r朗入酬「啟詡耳切瞬制r朗入酬「啟詡耳切瞬制齣廉控制三柑科斷翩1補信蟻xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx種不利情況可能導致的后果、發生的頻度、可探測性、對系統最終的影響及其發生的機理，從而找到所分析事物或系統中那些不利情況發生的風險順序數，從而采取有效的措施來預防風險順序數較高的情況發生。對于CCWE3MWD風力發電機組控制及安全系統的FMEA分析，可以從控制系統的功能原理邏輯圖中按照功能進行，這種方法的優點是邏輯嚴密、發現的潛在失效更徹底，缺點是比較抽象、復雜性高、需要有較豐富的控制系統設計經驗。另外一種方法是從構成整個控制及安全系統的關鍵部件的失效分析開始，逐一分析每個部件的潛在失效模式及其對整個控制安全系統的影響，分析每個部件每種潛在失效模式的后果、發生失效的原因、發生頻度、可探測度已經風險順序樹及可采取的防范措施。后一種方法的優點是，簡單易行，很容易使分析進行，缺點是當部件間的邏輯關系考慮不夠時，會出現邏輯上的不夠嚴密。后者同樣要求對控制及安全系統有較深入的了解。本為采取了后者所述的方法進行分析。當系統的失效發生時往往是從子系統的某一控制或安全部件失效時開始的，隨著這一失效的發生，可能會出現和這一部件相關聯的一系列連鎖失效反應。本文中的控制及安全系統FMEA就是從分析每一可能導致失效的控制及安全部件的失效和該失效帶來的影響進行分析的。2、FMEA的實施2.1制定合理的分析步驟2.1.1、 根據控制及安全系統結構圖（圖1）找出所有控制和安全部件及其潛在的失效模式；2.1.2、 分析每種失效模式的后果及其發生原因、發生頻度、可探測度、預防措施，并計算出風險順序數；2.1.3、 根據風險順序由高到低排列列出所有控制及安全部件潛在失效分析結果。2.2FMEA采取的判斷標準2.2.1、潛在失效的嚴重程度S（詳見表1）表1評測準則：后果的嚴重度計分這是一種非常嚴重的失效形式，這種失效將可能導致重大的財產損失和人員傷亡，并將導致風機控制及安全系統功能的完全失效，可能出現巨大噪聲、振動發生。。10這是一種非常嚴重的失效形式，這種失效將可能導致財產的重大損失，一般不會造成人員傷亡，將會導致風機控制及安全系統功能的完全失效，可能出現巨大噪聲、振動發生。9將導致嚴重的財產損失和控制及安全功能的部分失效，性能的嚴重下降，可能出現嚴重噪聲、振動發生。8將導致一定的財產損失和系統功能的部分失效，性能的嚴重下降，可能出現嚴重噪聲、振動發生。。7將導致輕微的財產損失和系統功能的部分失效，性能嚴重下降，可能出現嚴重噪聲、振動發生。6系統功能的部分失效，性能嚴重下降，可能出現噪聲、振動發生。5將造成性能的下降，可能出現噪聲、振動發生。4xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx高：經常性失效20臺母1000臺風機810臺每1000臺風機7中等：偶爾失效5臺每1000臺風機62臺每1000臺風機5低：相對很少發生的失效1臺每1000臺風機40.5臺每1000臺風機3極低：失效不大可能發生0.1臺每1000臺風機20.01臺每1000臺風機12.2.3、潛在失效的可探測度D（詳見表3）探測度準則：探測可能探測出來的可能性計分絕對不肯定不能或不可能探測到，或根本沒有探測10很極少很少有機會探測得到9極少很極少有機會他測得到8很少很少的機會探測得到7少較少的機會探測得到6中等中等的機會探測得到5中上中上的機會探測得到4多較多的機會探測得到3很多很多的機會探測得到2幾乎肯定幾乎肯定探測得到12.2.4、 潛在失效的風險順序數RPN風險順序數RPN是=嚴重度SX頻度OX探測度D的乘積。RPN=SXOXD在單一FMEA范圍內，此值（1-1000）用于表示擔心事項的順序2.2.5、 FMEA結果如下表：

序控制安全部潛在失效模潛在失效后果Potential嚴潛在失效機理/原因頻現行預防措施探風建議措備號件式EffectsofFailure重PotentialCause度測險施注NControlPotential度/MechanismofFailureO度數Recomm0.SafetyFailureModeSCDRandedComponentECEPActionsVTN1偏航剎車系統1、 制動器失效2、 制動器失控1、 故障停機2、 運行中異常噪聲、振動或磨損摩擦盤，甚至對機艙底架產生異常載荷和損傷。61、 制動器無行程傳感器或行程限制機構2、 摩擦片摩擦系數小于設計值3、 制動器數量設計值小于實際值51、 采用有質量保證的、設計合理的制動器2、 出廠前靜態調試3、 運行中定期檢查2602防雷系統防雷器失效遇到雷電將無法保證控制、電氣部件安全81、 防雷設計和風機運行場所氣象情況不符2、 防雷器設計不合理無法實現預期功能21、 根據風機適用地區氣象特點設計防雷2、 采用有質量保證的防雷產品3483液壓系統建立壓力故障或泄壓故障1、 風機無法啟動2、 運行中故障停機3、 運行中損壞摩擦片并產生振動、噪聲61、 截止閥位置錯誤2、 電磁閥故障3、 漏油、安裝問題4、 電磁閥控制線路接線錯誤5、 液壓油質量問題或管路存在氣體6、 液壓站、液壓油使用溫度不適合風場溫度41、 關鍵點設置壓力傳感器進行檢測2、 定期檢查2484變槳備用電池組電量不足、電壓過低1、 無法驅動槳葉正常轉動2、 如果三個電池組同時在101、 電源質量問題2、 電路存在短路或漏21、采用質量可靠的電池產品240

序控制安全部潛在失效模潛在失效后果Potential嚴潛在失效機理/原因頻現行預防措施探風建議措備號件式EffectsofFailure重PotentialCause度測險施注NControlPotential度/MechanismofFailureO度數Recomm0.SafetyFailureModeSCDRandedComponentECEPActionsVTN電網掉電時故障有可能造成風機超速倒塌電2、 出廠前檢查3、 軟件定期檢測5扭纜開關計數故障和扭纜軟件計數器同時故障時可能出現扭纜故障，即垂纜扭斷、觸電、火災91、 產品質量問題2、 安裝精度不夠11、 采用有保證的產品2、 米取軟件雙重保護系統4366振動開關1、 內部故障2、 靈敏度調整不合理1、 錯誤的停機信息2、 或發生重大振動時無反饋，從而故障擴大化91、 產品質量問題2、 靈敏度調整不合理11、 出廠前靜態調試確保無故障2、 采用質量可靠產品4367轉子剎車磨損檢測傳感器采集信號失效1、 故障停機2、 剎車盤磨損或剎車力矩不夠6產品質量問題11、 采用有質量保證的產品2、 定期維護檢查5308急停按鈕觸點故障急停按下時無動作可能導致緊急情況造成的損失擴大化9產品質量問題11、 出廠前檢查2、 采用雙觸點、質量有保證產品327924V電源斷開1、 故障停機2、 部分控制功能失效6產品質量問題21、 采用保護原理合理的方案2、 采用質量可靠產品22410轉子測速接近開關采集信號失效和編碼器同時故障可能導致風機超速倒塌101、 產品質量問題2、 安裝精度不夠11、 軟件超速保護獨立于超速開關，且保護值小于超速開關n值設定2、 米用有質量保證產220

序控制安全部潛在失效模潛在失效后果Potential嚴潛在失效機理/原因頻現行預防措施探風建議措備號件式EffectsofFailure重PotentialCause度測險施注NControlPotential度/MechanismofFailureO度數Recomm0.SafetyFailureModeSCDRandedComponentECEPActionsVTN品11滑環編碼器計數失效和測速接近開關同時失效可能導致風機超速倒塌10產品質量問題13、軟件超速保護獨立于超速開關，且保護值小于超速開關n值設定2、米用有質量保證產品22012低速軸超速開關采集信號失效和咼速軸超速開關同時失效時風機可能出現超速倒塌101、 產品質量問題2、 安裝精度不夠11、 軟件超速保護獨立于超速開關，且保護值小于超速開關n值設定2、 系統采用雙超速開關，且采集信號源不同22013高速軸超速開關（此處低速軸和高速軸轉速相同）采集信號失效和低速軸超速開關同時失效時風機可能出現超速倒塌101、 產品質量問題2、 安裝精度不夠11、 軟件超速保護獨立于超速開關，且保護值小于超速開關n值設定2、 系統采用雙超速開關，且采集信號源不同22014發電機線圈測溫PT100信號采集失效1、錯誤的發電機線圈溫度檢測信息將導致故障停機8產品質量問題1采用有質量保證的產品216

序控制安全部潛在失效模潛在失效后果Potential嚴潛在失效機理/原因頻現行預防措施探風建議措備號件式EffectsofFailure重PotentialCause度測險施注NControlPotential度/MechanismofFailureO度數Recomm0.SafetyFailureModeSCDRandedComponentECEPActionsVTN2、或發電機線圈溫度過高時沒有停機而燒壞線圈15發電機軸承測溫PT100信號采集失效1、 錯誤的發電機軸承溫度檢測信息將導致故障停機2、 或發電機軸承溫度過高時沒有停機而燒壞軸承8產品質量問題1采用有質量保證的產品1616液壓站壓力傳感器采集信號失效1、 故障停機2、 或無限制打壓導致液壓系統損壞最終轉子機械剎車、偏航剎車失效7產品質量問題1采用有質量保證的產品21417變槳系統角度傳感器導致錯誤的槳葉角度位置影響及足功率或產生振動損壞機組61、 產品質量問題2、 安裝精度不夠1程序中設定角度傳感器和電機編碼器偏差比較，大于設定值則停機21218變槳系統電機編碼器無法正常變槳影響機組功率或產生振動損壞機組6產品質量問題1程序中設定角度傳感器和電機編碼器偏差比較，大于設定值則停機21219風向風速儀信號采集失效1、 錯誤的風向風速信號將導致對風故障或功率控制故障2、 甚至導致非設計范圍的載荷出現6產品質量問題1米用兩組風向風速儀，設置偏差值2

序控制安全部潛在失效模潛在失效后果Potential嚴潛在失效機理/原因頻現行預防措施探風建議措備號件式EffectsofFailure重PotentialCause度測險施注NControlPotential度/MechanismofFailureO度數Recomm0.SafetyFailureModeSCDRandedComponentECEPActionsVTN20滑環輪轂供電或通信中斷故障停機5產品質量問題11、 采用質量可靠的產品2、 嚴格的安裝精度、定期維護21021變槳驅動器無法正常驅動葉片變槳轉動三個變槳驅動器同時故障時可能導致風機超速倒塌10產品質量問題11、采用質量有保證的產品110三個驅動器采用不同廠家22變槳電機無法正常驅動葉片變槳轉動三個變槳電機同時故障時可能導致風機超速倒塌10產品質量問題12、采用質量有保證的產品110三個變槳電機采用不同廠家23控制器錯誤代碼故障停機5產品質量問題1采用質量有保證的產品21024時間繼電器輸出信號錯誤斷電再恢復時自動復位故障5產品質量問題