NB T 10319-2019 风力发电机组安全系统设计技术规范.pdf
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1、ICS 27.180 F11 NB 中华人民共和国能源行业标准 NB/T 103192019 风力发电机组安全系统 设计技术规范 Design technical specification for safety system of wind turbine generator system 2019 - 11 - 04发布 2020 - 05 - 01实施 国家能源局 发布 NB/T XXXXXXXXX 目 次 前言 . II 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 总则 . 1 4 风险分析 . 1 5 设计要求 . 2 6 保护要求 . 4 7 风险评价 . 7 8 安全系统测
2、试 . 8 附 录 A (规范性附录) 控制系统与安全系统 . 9 附 录 B (规范性附录) 安全系统设计流程 . 11 附 录 C (资料性附录) 基于风险评估的安全系统设计示例 . 12 I XX/T XXXXXXXXX 前 言 本标准 按照 GB/T 1.12009给出的规则起草。 本标准由中国电器工业协会提出。 本标准由能源行业风电标准化技术委员会风电电器设备分技术委员会(NE A/TCl/SC6)归口。 本标准主要起草单位:北京金风科创风电设备有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、中国 船级社质量认证公司、上海电气风电集团股份有限公司、江苏金风科技有限公司、国电联合动力技术有
3、限公司、明阳智慧能源集团股份公司、成都阜特科技股份有限公司、华锐风电科技(集团)股份有限公 司、成都阜特科技股份有限公司、三一重能有限公司、上海中认尚科新能源技术有限公司。 本标准参加起草单位:中国电力科学研究院有限公司、远景能源(江苏)有限公司、浙江运达风电 股份有限公司、中国广核新能源控股有限公司、维谛技术(西安)有限公司、中国质量认证中心、北京 鉴衡认证中心有限公司、东方电气风电有限公司、许昌许继风电科技有限公司、北京亚之捷环保科技有 限责任公司。 本标准起草人:孙长亮、果岩、隋红霞、李楠、潘磊、陈冬良、王艳华、李焯镜、李娜、冯永刚、 辛理夫、汪锋、董召然、史任胜、徐秉俊、陈晨、孙勇、潘
4、峰、廖元文、吴磊、白亮、孙礼美、杨天时、 周新亮、任华彬、高亚春、岳红轩、谢清明。 本标准为首次制定。 II XX/T XXXXXXXXX 风力发电机组安全系统设计技术规范 1 范围 本标准规定了风力发电机组安全系统 设计 的总则、风险分析、 设计 要求、保护要求、 风险 评价、安 全系统测试 等内 容。 本标准适用于陆上 水平轴、变速变桨风力发电机组 。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB 5226.1-2008 机械电气安全 机械电气设备 第
5、 1 部分:通用技术条件 GB/T 15706 机械安全 设计通则 风险评估与风险减小 GB/T 16754 机械安全 急停 设计原则 GB/T 16855.1-2018 机械安全 控制系统有关安全部件 第 1 部分:设计通则 GB/T 16855.2-2015 机械安全 控制系统安全相关部件 第 2 部分:确认 GB/T 16856 机械安全 风险评估 实施指南和方法举例 GB/T 18451.1 风力发电机组 设计要求 GB/T 20438.3 电气/ 电子 /可编程电子安全相关系统的功能安全 第3 部分:软件要求 GB 28526 机械电气安全 安全相关电气、电子和可编程电子控制系统的功
6、能安全 GB/T 34040 工业通信网络 功能安全现场总线行规 通用规则和行规定义 GB/T 35792 风力发电机组 合格测试及认证 JB/T 10426.1 风力发电机组 制动系统 第 1部分:技术条件 3 总则 安全系统应具备相应的保护功能,与控制 系统的保护功能相互配合,在各种运行工况下保证风力发 电机组安全 。控制系统和安全系统的 关系 及相互作用 见附录 A。 为实现安全系统的预期设计目标,降低设计风险,应按照风险评估原则 开展安全系统设计,安全系 统设计流程见附录B 。 4 风险分析 4.1 原则 风险分析应 满足 GB/T 15706、 GB/T 16856、 GB 5226
7、.1-2008 的相关要求,可选择失效模式和影响 分析程序 、故障树分析法或其他等效的 分析 方法 。 4.2 风险识别 1 XX/T XXXXXXXXX 基于风力 发电 机组 设计 理念 , 应对 各种 工况 下的运行故障进行 综合 分析 , 应至少考虑如下几个方面: a) 部件的失效; b) 功能/ 任务 的失效; c) 可能的 失效 原因 /模式 ; d) 故障影响 及 危险程度 (结合 使用工况) 。 4.3 风险估计 风险估计用以确定危害可达到 的严重程度和发生频次 , 作为 保护功能的设计基础。 每项 风险 水平的 估计结果, 应综合 可行 的 探测方式 及 降低 风险措施 ,考虑
8、 是否应 纳入 安全系统 实施 保护 。 4.4 所需性能等级 基于风险识别和风险估计结果,依据 GB/T 16855.1-2018第4 章的方法,确定安全系统保护 功能所需 性能等级PL r, 即确认 安全系统的性能 设计 需求 。 5 设计要求 5.1 安全策略 5.1.1 冗余性 安全系统宜 采用冗余设计 , 如同一 保护功能 下, 采用 多路 传感 设备。 在实施冗余设计中,应充分考 虑设计的差异性 ,采用不同的技术 /设计 实现 。 5.1.2 独立性 应严格避免共性原因导致的 不同的功能单元 同时失效 ,应考虑 如下设计 要求 : a) 安全系统应独立于控制系统 设计 , 这里的独
9、立是指应考虑所有 可能 的功能 隔离 , 保证 其 不应因 控制系统失效而 失去安全系统的 保护功能 。 b) 应考虑不同 保护功能 、同一 保护功能 冗余 设计 通道 之间的 分离 /隔离措施 。 c) 应保证 其不 因某项故障 ,引起 多个 制动 系统 同时 失效 。 5.1.3 失效-安全原则 安全系统应遵循失效- 安全 的基本 设计原则,即 各个故障模式应能够被监测及保护覆盖, 任何故障 模式不应导致 安全系统的保护功能失效。 5.1.4 复位 安全系统触发后, 应 由具备 运维资质 人员 在确认 风力发电 机组已恢复 安全 状态 后, 执行 就地手动复 位。 急停装置触发后,必须首先
10、排除 风险,再解除急停装置触发状态,并 通过 就地 手动复位解除 安全系 统的保护 状态 ,且 不允许风力发电机组自动 重启。 如果安全系统在电网掉电之前触发,则在电网 恢复 之后, 安全 系统 不应 自动 复位。 如果以下条件 同时 得到满足, 具备 运维资质人员可在远程控制中心 复位 安全系统故障 : a) 必须首先完成对 根本原因的详细分析和对风力发电机组的调查 ,确 认 无 真实 风险, 可实施复位 操作。 2 XX/T XXXXXXXXX b) 评估安全系统触发根本原因的方法应能够明确检测出发生的事件,如叶片脱落、 齿轮箱漏油事 件、主轴承损坏等。 c) 应限制对安全系统进行远程复位
11、的次数,应对 复位机制进行定义 : 1) 每24小时内允许进行远程复位的次数; 2) 允许进行远程复位的总次数。 5.2 结构 典型的 安全系统 回路结构设计见图 1。 应定义清晰的安全系统结构 组成, 以便于 设计 实施 及风险评 价。 安全系统组成结构 中,完整的保护功能 应 由输入、逻辑、 输出三个单元组成 。 同一 项输入可触发不 同的输出的设计理念, 应分别定义 不同的保护功能回路结构。 安全系统 结构设计的 一般组成 特点: a) 输入单元 ,一般 采用 过程 传感器,例如机械限位传感器、急停装置、编码器等,以及信号预 处 理设备等。 b) 逻辑单元 ,应用独立的安全控制器或等效的
12、安全 控制 技术实现 安全 系统 控制 逻辑部分。 c) 输出单元 , 应包含叶轮制动系统, 以及 其他 纳入安全系统 保护功能 的执行单元 ,例如偏航系统、 液压系统、 安全通道的闭锁 设备 。 d) 选择安全 通信方式 , 保证信息安全传递。 e) 若输入、逻辑、输出包含复杂的电路系统,一般应单独进行考虑其 设计 及风险 评估 , 安全系统 不宜采用复杂的系统 设计,包括逻辑 中的 固件部分。 f) 控制系统与安全系统的分层保护功能应实时交互验证 。 输入单元 I1 制动系统 O1 输入单元 In 制动系统 On 说明:I1(n):输入单元;L1(n)1 /L1(n)2:逻辑单元;O1(n
13、):制动系统; i11(in1):输入单元通讯方式;i 12(in2):冗余输入单元通讯方式;io1(ion):输出单元通讯方式; c:控制系统与安全系统交互验证。 图 1 安全系统结构示意图 3 XX/T XXXXXXXXX 5.3 装置 5.3.1 软件 安全系统的软件设计应符合GB/T 16855.1-2018、 GB 28526、 GB/T 20438.3的相关要求。对于含有嵌 入式软件的安全系统,应避免在风力发电机组 全生命周期内发生软件故障。软件应具备可读性、可测试 性、维护性,具备授权机制并采取措施防止软件被非法篡改。 应建立规范化的软件版本管理体系, 建立健全 软件相关版本命名
14、 规则、 内容记录、测试流程、 审批 流程等 管理体系,以及 实施 过程 的历史 追溯 机制 。 5.3.2 通讯 安全系统的 通讯方式 可采用 总线通讯 或干接点通讯方式。 安全系统 的总线 通讯除 满足 5.1.2节的独立 性要求 外,还应 符合 GB/T 34040的规定 。 5.3.3 控制器 安全控制器 应考虑如下 要求: a) 应充分 使用 安全设计 原则 ,如采用非等效设计 I/O 通信通道、强制导向型触点等。 b) 应具备高性能 等级,如 Cat. 4 / PL e(按照 GB/T 16855.1-2018 标准分类 ) 。 c) 应具备远程复位通道 。 d) 安全控制器 应采
15、用经认证的安全 产品, 如含有固件, 也应经过安全认证 。 e) 设计寿命应符合风力发电 机组的全生命周期需要。 f) 应配置 不间断电源供电 。 5.3.4 其他相关设备 安全系统其他相关设备包括传感器、继电器、电源、连接器等 ,一般应满足: a) 使用经验证、可靠的设备, 如凸轮开关、电磁阀等 。 或考虑在敏感 保护功能 回路中 使用安全设 备(同 5.3.3 要求),例如过速传感器、制 动系统驱动器等 。 b) 如需采用非标准安装 方式 ,需充分考虑安装 的 可靠性。 c) 应具备充分的使用裕量。 d) 宜采用失效模式 确定 的设备。 e) 设计寿命应符合 风力发电 机组的全生命周期需要
16、。 6 保护要求 6.1 总则 风力发电机组的 安全 要求应符合 GB/T 18451.1的相关规定。 风力发电机组安全系统设计应考虑 但不 限于以下风险 : a) 机械载荷 增大 ( 转速 、振动、 功率 等 ); b) 短路、 电网异常 ; c) 动力电缆 过 扭转; d) 控制系统故障 ; e) 制动系统故障 ; f) 偏航系统故障 ; 4 XX/T XXXXXXXXX g) 维护作业中的 安全 。 6.2 过速 叶轮/ 发电机 转速必须至少被不同的系统检测两次,获取至少两路转速信息 。 至少有一路速度传感 器的检测原理直接作用于叶轮旋转部件。 转速运行保护 曲线 见图 2,转速监测 应
17、满足: a) 当转速达到 n 4 值 时,则控制系统应执行停机。 b) 控制系统应监测 多路 转速 之间的数值合理性。 c) 超过临界转速 n A ,应 触发 安全系统执行停机 。 保证 任何情况下,转速 都不得超过最大过速 n max 。 说明:Vin:切入风速;Vr:额定风速;Vout:切出风速;V A:短期切出风速; n1:最小运行转速;nr:额定转速;n2:速度控制器设定转速;n3:最大运行转速;n4:切出转速;nA:临界转 速;nmax:最大过速。 图 2 转速曲线示意图 6.3 振动 如果振动 测量值超过安全限值,应 触发 安全系统 , 使风力发电机组停机并处于安全状态。要求: a
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- NB 10319-2019 风力发电机组安全系统设计技术规范 10319 2019 风力 发电 机组 安全 系统 设计 技术规范
