風電機組的日常檢修維護與故障處理

蔣志偉

摘 ?要：文章分析了導致機組性能和風能利用效率降低的原因，針對問題做出相應的應對措施。風電機組的常見故障包括主控、變槳、變流器等電器設備故障和齒輪箱、發(fā)電機等機械設備的故障。在日常檢修中，風電場應重視SCADA系統(tǒng)的報警提示，針對不同的故障采取相應的檢修方式。在出現問題時，要根據不同風機的特點，采取有針對性的故障處理策略。

關鍵詞：風電機組;檢修維護;故障處理

中圖分類號：TM315 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）28-0127-02

Abstract： This paper analyzes the reasons for the reduction of unit performance and wind energy utilization efficiency， and puts forward the corresponding measures to solve the problems. The common faults of wind turbines include main control， paddle converter， converter and other electrical equipment， gearbox， generator and other mechanical equipment. In the daily maintenance， the wind farm should pay attention to the alarm prompt of SCADA system， and adopt the corresponding maintenance mode according to different faults. When problems arise， targeted fault handling strategies should be adopted according to the characteristics of different fans.

Keywords： wind turbine; maintenance; fault treatment

引言

2019年以來，隨著多個百萬千瓦級風電場的陸續(xù)開建，陸上風電進入4.0時代。而海上風電也邁入大容量高速發(fā)展階段，風電場的日常檢修和維護工作就顯得尤為關鍵，同時合理的檢修和維護工作也是保障風電機組能夠持續(xù)穩(wěn)定的重要因素。通過對機組進行日常檢修，我們能夠有效掌握風電機組當前的運行情況，了解機組各個零部件的運行狀況是否存在問題，擬定出針對這一機組的維護計劃，在問題產生的初期就采取合理的維修策略，以避免損害加劇，造成對人身安全的危害或財產損失。本文分析了風電機組的常見故障和診斷方法，并針對問題提出對應的檢修和故障處理策略，有助于保證風電機組的安全運行，確保機組可利用率和發(fā)電場經濟效益的提升。

1 風電機組的常見故障和診斷方法

在日常維護工作中，重視風機SCADA系統(tǒng)的每次故障報警和異常報表，并針對風電機組的性能進行對比分析，將故障情況進行分類，探討故障診斷方法，可大幅降低事故發(fā)生的可能性，減少對機組的維護成本，縮短維護所需要的時間，并提升機組運行的效率和可靠性。

1.1 主控系統(tǒng)常見故障及診斷方法

主控系統(tǒng)是風機的大腦，風機的核心部件。風機運行的邏輯判斷和動作均由主控系統(tǒng)控制發(fā)出。目前主流的控制系統(tǒng)多為PLC模塊化設計，背板總線連接方式。這類電子器件常見故障主要分為模塊本身故障和外部故障。模塊本身故障表現為數字量或模擬量信號輸出顯示不正?；蜉斎胄盘枱o反應、模塊指示燈熄滅等情況。故障處理方式為重新刷新相關程序或進行器件更換。外部故障多在后臺監(jiān)控SCADA系統(tǒng)中以報警形式提醒。借助報警提示和代碼描述，快速定位外部器件故障點，達到快速處理故障的目的。但在維護過程中，切記不可忽略甚至屏蔽主控系統(tǒng)報出的與安全相關的故障，將會引起嚴重的風機安全事故。

1.2 齒輪箱常見故障及診斷方法

齒輪箱位于機艙內。這一部件是雙饋機組傳動鏈的重要構成部分之一，用于連接主軸和發(fā)電機。齒輪箱通常組成結構和受力狀況較為復雜，尤其是在不同的運行條件和載荷下工作時，易于產生失效的狀況。[1]這一部件常見的故障可分為齒輪故障和軸承故障。其中，常見的齒輪故障有：斷齒、齒面疲勞、粘著等;軸承故障有：磨損、點蝕、裂紋、表面剝落等。軸承是齒輪箱的重要部件，如果在運行中出現故障，往往會對齒輪箱造成巨大的破壞。振動監(jiān)測是當前最為有效且使用最多的檢測方法，是衡量齒輪和軸承是否正常運行的主要指標。而在日常維修中，需要對齒輪箱管路、中心孔、端蓋、冷卻器等進行密封性檢查，觀察是否存在漏油及損壞情況。定期還要打開齒輪箱觀察孔或使用內窺鏡，檢查噴油管流速及噴油量是否變小、檢查排氣管開裂及彎折情況、定期效驗傳感器及振動測試，同時齒輪箱彈性支承也是重點檢查的地方。和主控、變槳、變流器等電器設備的不同，齒輪箱、電機等機械部件的日常維護和保養(yǎng)更為重要。

1.3 變槳系統(tǒng)常見故障診斷方法

變槳系統(tǒng)是風電機組最重要的執(zhí)行機構，是整個風機系統(tǒng)實現轉速控制、并獲得最大風能利用率的重要保證之一。同時也是風電機組安全運行的保障，在超過風機正常運行范圍的大風況下，接受主控系指令進行收槳動作，有效的保障風機的安全性。變槳系統(tǒng)的主要故障分為電氣故障和機械故障兩部分，由于變槳系統(tǒng)器件多、結構復雜，是風電機組中故障率最高的部件。電氣部分的維護主要分為手動變槳測試、急停收槳測試、充電回路測試、變槳電池檢查等。機械部分則包括變槳電機、變槳軸承密封性、潤滑油系統(tǒng)檢查等。變槳系統(tǒng)屬于旋轉部件，對輪轂內所有螺栓和器件設備的力矩要求、連接緊固性有很高的要求，這些也是日常產生故障的主要原因。同時，輪轂內的任何部件故障都必須引起重視，這直接關系到風機的安全運行。

1.4 發(fā)電機常見故障及診斷方法

發(fā)電機屬于風電機組的核心部件，其主要功能是把旋轉機械能轉化為電能，并持續(xù)向電氣系統(tǒng)供應電力。由于近年來我國風電機組容量不斷增大，發(fā)電機的尺寸也逐漸增大，這就對發(fā)電機的密封保護造成了困難。發(fā)電機在各種工況和電磁條件下持續(xù)工作較易發(fā)生問題。這一部件常見的故障主要有：發(fā)電機振動過大、軸承過熱、轉子/定子線圈短路、轉子棒斷裂和絕緣損壞。據文獻統(tǒng)計，在全部的發(fā)電機故障中，軸承故障率達到百分之四十，定子故障率達到百分之三十八，而其他故障率則為百分之二十二。按照發(fā)電機的故障特征，通常所使用的診斷方式一般是從轉子/定子電流信號、電壓情況和輸出功率反饋等進行分析。

1.5 葉片常見故障和診斷方法

葉片是風力發(fā)電吸收風能的主要部件，一般使用纖維增強復合材料制成。其長期在惡劣的條件下運行，受到潮濕、腐蝕和自然天氣的影響，產生疲勞裂紋，甚至斷裂。隨著風電機組技術的發(fā)展，葉片長度從三十米發(fā)展到現在超過九十米，葉片的體積和質量近年來都在上升。如果在運行中產生問題，不僅會對這一部件造成損壞，還會對整個機組的安全運行造成難以估量的傷害。當前對葉片的檢測，一般是按照材料在各種應力環(huán)境中的應力變化對是否存在故障加以分析。同時采用紅外成像檢測的方式對故障點進行分析，借助物體在各種溫度下輻射的紅外成像來判別是否存在問題。由于物體表面的裂紋、剝落等因素會影響熱輻射的能量分布情況，因而應用紅外成像檢測方法能夠準確對零件表面的裂紋進行有效分析，及時發(fā)現所存在的故障。而增添葉片的除冰系統(tǒng)，也能有效的提高葉片在低溫狀態(tài)下的運行可靠性，提高發(fā)電效率。

2 風電機組的檢修和故障處理策略

2.1 檢修方式的選擇

按照風電機組可能產生的故障類型，我們可將之分為早期故障、意外故障以及損失故障。根據故障檢修方式的差異，我們可將診斷方式分為日常檢修、定期維護以及故障后維修。在機組使用的初期，故障率往往很高。此時的故障通常是因為設計和制造缺陷所導致的，但亦可能是由于工作人員的維護不合理所造成的。為解決這一問題，應加強對風機日常檢修的檢查，及時發(fā)現隱患，盡早處理。在風電機組通過240測試后，風電機組的運行逐步趨于穩(wěn)定。運維人員應嚴格執(zhí)行維護計劃，定期對風機進行維護，特別是齒輪箱、偏航系統(tǒng)、導電軌、固定螺栓等機械設備的檢查維護。在風電機組運行的第二年，運維人員因根據平時維護中設備故障率，建立備件儲備制度，減少無設備更換造成的停機時間。在風電機組運行的第三年，風電機組已經進入穩(wěn)定運行階段。運維人員應當針對該風場特點，建立起日常檢修、定檢維保。對各種類型故障進行檢查和修理，消除設備可能存在的故障隱患。在風電機組投入運行五年后，風電機組的大部件逐步開始出現老化、異響、漏油、振動等異常情況。此時需要在日常檢修、定維的基礎上，增加精細化檢修，對風電機組進行全面的體檢，避免小的隱患變成重大事故。同時也可以對部分系統(tǒng)進行技術改造，采用更為先進可靠的技術，有效降低風機的故障率，提升風機運行的經濟性。

2.2 采用有針對性的故障處理策略

各種類型的風機在長期的運行過程中應采取不同的故障處理策略。例如，風機功率曲線不達標、個別機組無法滿發(fā)。此時應當先從機組葉片對零、風向標對北、機組找中等機械部件方面入手檢查，同時對風機算法和控制邏輯進行優(yōu)化等軟件方面進行多種檢測，另外還要考慮到風機機位是否處于尾流效應中，海拔等因素也要考慮在內。再例如，當變槳電機頻繁發(fā)生故障時，除考慮變槳電機制造商的選擇和更換外，還應綜合考慮整套變槳系統(tǒng)設計及維護情況。后備電源的充放電性能、變槳軸承和減速箱的潤滑效果、收開槳邏輯等都會對變槳電機故障造成重要影響。甚至由于各風場所處區(qū)域，風機特性差異較大，通過實施糾正性技術改造加以解決。風電場的運行維護和故障處理需要我們在日常維護中加以不斷探索和歸納，還應當制定科學合理的風電場管理規(guī)程，加強管理措施，推動設施設備的技術改良工作，確保風電機組更加穩(wěn)定的運行。還應當制定科學合理的風電場管理規(guī)程，加強管理措施，推動設施設備的技術改良工作，使風力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展更符合我國能源需求增長的需要。

3 結束語

當前，隨著百萬千瓦級風電場的陸續(xù)開建，四兆瓦及以上機型已成為陸上主力，海上風電也邁入大容量高速發(fā)展階段，智慧風場、無人值守將成為日后發(fā)展趨勢，風電場的日常檢修和維護工作就顯得尤為關鍵。除日常巡檢、定期維保外，還需要對機組建立起一套完善的精細化檢修工作，對主控、變槳、變流器等電器設備;對齒輪箱、發(fā)電機、葉片等機械設備針對其不同的故障采取相應的檢修方式。在出現問題時，要根據不同風電機的特點，采取有針對性的故障處理策略。

參考文獻：

[1]劉偉.風電機組傳動系統(tǒng)維護與故障診斷[J].硅谷，2014（5）.

[2]白海存.風力發(fā)電機組批量性故障分析及處理[J].科技創(chuàng)新與應用，2016（4）.

[3]黃玉飛.淺析風電場運營維護與管理[J].科學技術創(chuàng)新，2012（8）.