風(fēng)力發(fā)電機組運行安全及控制措施的探索

包樺

摘 要 風(fēng)電機組作為風(fēng)電場運行的核心裝置，通常由于地處沿海區(qū)域或惡劣環(huán)境、交通不便的偏遠郊區(qū)，因此，給風(fēng)電機組日常運行安全及控制造成了一定難度。為盡量避免風(fēng)電機組故障造成停機，迫切需要提高風(fēng)電機組尤其是核心設(shè)備風(fēng)力發(fā)電機的運行可靠性，控制風(fēng)力發(fā)電機的運行維護成本。本文在分析風(fēng)力發(fā)電機故障特點的基礎(chǔ)上，具有針對性地提出運行安全及控制策略。

關(guān)鍵詞 風(fēng)力發(fā)電機組 風(fēng)力發(fā)電機運行 參數(shù)分析 日常維護

中圖分類號：TM315 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）07-0016-02

由于風(fēng)力發(fā)電場的艱難運行條件，風(fēng)力發(fā)電機出現(xiàn)故障的可能性增加。風(fēng)能是自然界中常見的自然現(xiàn)象，特別是在經(jīng)濟不發(fā)達，風(fēng)能資源豐富的山地地區(qū)。增加本地風(fēng)力發(fā)電機的數(shù)量不僅可以增加我國的經(jīng)濟價值，而且可以提供本地能源供應(yīng)。[1]考慮到風(fēng)能對當(dāng)前社會結(jié)構(gòu)的重要性，加強風(fēng)力發(fā)電機組運行安全及控制措施可以提高風(fēng)力發(fā)電機運行的可靠性，并允許在整個發(fā)電機組運行期間及時發(fā)現(xiàn)問題，使整個風(fēng)力發(fā)電機運行更平穩(wěn)和安全。

1 風(fēng)力發(fā)電機常見故障特點

1.1 葉片

風(fēng)電機組中葉片作為風(fēng)電機組感應(yīng)風(fēng)能的重要構(gòu)件，由于所處環(huán)境極其惡劣，所以時常導(dǎo)致會出現(xiàn)一些設(shè)備故障，如：長期受到風(fēng)能應(yīng)力導(dǎo)致葉片變形、葉片結(jié)構(gòu)裂紋、槳距控制失效。風(fēng)電機組葉片損傷探測與評估，常使用聲發(fā)射檢測技術(shù)，考慮到葉片故障引發(fā)的轉(zhuǎn)子葉片受力不均會傳導(dǎo)到機艙上而造成機艙晃動，可在機艙主軸上安裝多個振動傳感器，通過傳感器采集低頻振動信號，分析葉片轉(zhuǎn)動空氣動力不平衡等故障。[2]

1.2 齒輪箱

齒輪箱通常通過齒輪結(jié)構(gòu)可使主軸上低轉(zhuǎn)速變?yōu)檩^高轉(zhuǎn)速。由于風(fēng)電機組齒輪箱的工作運行傳輸功率較大、工況較為復(fù)雜，齒輪箱的高速軸側(cè)軸承、行星齒輪、傳動側(cè)軸承、中間軸軸承等發(fā)生故障的幾率較大。由于齒輪受沖擊載荷、交變應(yīng)力等作用影響，很容易出現(xiàn)齒面擦傷、磨損、斷齒等問題。[3]對此，可利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法分析其振動信號，還可檢測分析潤滑油溫度、油液磨粒、軸承溫度等信息，對齒輪箱故障進行診斷。

1.3 電動機

現(xiàn)階段風(fēng)電機組中相對于永磁同步發(fā)電機技術(shù)，雙饋發(fā)電機轉(zhuǎn)速相對較高，會存在一定的噪音污染，且風(fēng)電機組對應(yīng)需要增速齒輪箱，因此機組整體重量較重。雙饋發(fā)電機為異步發(fā)電機，其額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，由于變流器連接轉(zhuǎn)子，可實現(xiàn)功率的雙向流動，確保發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速70-105%范圍內(nèi)的恒頻變速運行，以此獲得穩(wěn)定的輸出功率。風(fēng)電機組風(fēng)力發(fā)電機中的電動機故障有機械故障、電氣故障，機械故障主要表現(xiàn)為軸承損壞、過熱，轉(zhuǎn)軸形變磨損、轉(zhuǎn)、定子間隙異常等;電氣故障主要表現(xiàn)為繞組斷路、短路、過熱等。電動機故障通常分析電動機的溫度、電流、振動等信號完成相應(yīng)檢測。

1.4 變壓器和變流器

風(fēng)電機組的電氣系統(tǒng)故障反復(fù)維修造成過高的維修成本，特別是近年來風(fēng)電機組不斷擴容，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)故障時有發(fā)生，風(fēng)電機組的電氣系統(tǒng)故障主要由變壓器、變流器的過流、過壓、過熱、濕度過大等導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部電路板、電容、功率半導(dǎo)體器件等電子元器件無法發(fā)揮正常功能。[4]

1.5 控制系統(tǒng)和傳感器

風(fēng)電機組控制系統(tǒng)由控制器、傳感器、執(zhí)行裝置組成，經(jīng)傳感器傳輸采集信號到控制器。風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀、壓力傳感器等，由于惡劣的運行環(huán)境，導(dǎo)致傳感器存在較高故障問題?？刂葡到y(tǒng)故障除了傳感器故障外，還有軟硬件故障，如：電路故障、伺服裝置故障等，控制系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為不響應(yīng)、偶發(fā)性死機等。

2 維持風(fēng)力發(fā)電機組運行安全的技術(shù)和方法

2.1 計算參數(shù)異常監(jiān)測

風(fēng)力發(fā)電機中的計算參數(shù)需要選擇適當(dāng)?shù)谋O(jiān)視技術(shù)和檢測方法。在實際操作中，請注意以下幾點：第一，在確定計算參數(shù)的過程中，有不同類型的風(fēng)力發(fā)電機。在某些風(fēng)力發(fā)電機中的許多地方都需要運用不一樣的算法，并且每種類型的算法都有許多策略可供選擇。有必要針對風(fēng)力發(fā)電機的現(xiàn)狀和要求選擇合適的算法，由于不同的算法直接影響最后的計算結(jié)論，因此選擇正確的算法可以大大提高監(jiān)視計算參數(shù)的計算精度和效率。其次，選擇正確的硬件來運行算法。所謂的工具適用于：（1）路由算法穩(wěn)定并且可以長時間工作，設(shè)備的完整性需要硬件支持;（2）風(fēng)力發(fā)電機應(yīng)配備可靠，穩(wěn)定的傳輸和測量設(shè)備，以計算和輸出數(shù)據(jù)的算法操作提供基本通道。

2.2 可測量參數(shù)異常監(jiān)測

對風(fēng)力發(fā)電機的測量參數(shù)進行監(jiān)測時，必須掌握一些方法和原理，應(yīng)注意以下幾點：（1）風(fēng)扇的測量參數(shù)通常為電壓、電流、頻率、液壓、溫度等。應(yīng)根據(jù)類型選擇不同的測量儀器和測量參數(shù)，選擇一起工作的眾多測量儀器;（2）分析并確定測量參數(shù)的上限和下限，并根據(jù)該限度選擇適當(dāng)?shù)姆秶?（3）分析并確定測量值的正常/異常值的范圍，并根據(jù)測量參數(shù)采取相應(yīng)的措施和條件。[5]

2.3 故障診斷分析

在對風(fēng)力發(fā)電廠進行故障排除時，需要根據(jù)設(shè)備的設(shè)計復(fù)雜性和設(shè)備運行的特定條件來詳細分析許多因素，以提高診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。風(fēng)力發(fā)電機具有許多活動部件，其設(shè)計的復(fù)雜性使其難以排除故障。傳統(tǒng)的診斷技術(shù)需要改進，新的技術(shù)和概念已經(jīng)被引入，各種故障的準(zhǔn)確診斷已成為解決問題的基礎(chǔ)。為了診斷風(fēng)機故障，有必要準(zhǔn)確地捕捉各種故障現(xiàn)象，并根據(jù)風(fēng)機功率、振動、壓力、變形、磨損和溫度等性能參數(shù)進行綜合分析，以進行故障判斷。

2.4 振動分析

使用振動分析的原理是將組件的振動傳感器安裝在主要部件上（例如變速箱支架，發(fā)電機支架，主軸支架和車架）。這些傳感器可以準(zhǔn)確地測量主機部件的振動，通過處理和分析來自傳感器的振動反饋，可以快速而準(zhǔn)確地評估設(shè)備中每個組件的振動狀況和運行趨勢，由此可以分析振動的原因，并確定設(shè)備是否有缺陷。

2.5熱力參數(shù)分析

大多數(shù)風(fēng)力渦輪機的溫度包括：主要組件的內(nèi)部溫度，機艙和控制箱的溫度與機油和液壓油的溫度。風(fēng)力發(fā)電機中的大多數(shù)空氣濕度包括機艙中的濕度和控制箱中的濕度。通過監(jiān)視風(fēng)力發(fā)電機的熱參數(shù)，可以有效地監(jiān)視發(fā)電機的工作狀態(tài)。并且根據(jù)熱參數(shù)的趨勢和建議，能夠精準(zhǔn)地識別故障設(shè)備，并為故障原因分析提供足夠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 風(fēng)力發(fā)電機運行安全及控制策略

3.1 定期維護

風(fēng)電場風(fēng)電機組需要定期對風(fēng)力發(fā)電整機進行維護，定期檢查惡劣環(huán)境中的雨水、塵土、雷電等因素所造成的風(fēng)力發(fā)電機運行問題，維護人員一旦發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機故障問題，應(yīng)及時處理確保發(fā)電機清潔、干凈，降低發(fā)電機運行故障發(fā)生率。同時，螺栓、墊圈等發(fā)電機緊固件需要及時檢查其連接情況、絕緣性能等，保證風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)件可以滿足實際運行需要，風(fēng)力發(fā)電機通常可通過干油潤滑、稀油潤滑來起到對內(nèi)部機械裝置的潤滑作用，稀油潤滑多用于齒輪箱的潤滑維護，風(fēng)力發(fā)電機運行維護人員應(yīng)及時更換潤滑油，干潤滑油則多用于軸承偏航齒輪，由于這類齒輪長期運行很容易造成潤滑油溫度上升，因此存在變質(zhì)的可能性，發(fā)電機運行維護人員則應(yīng)及時補充、更換潤滑油，并嚴(yán)格控制補充量，防止發(fā)電機電氣燒壞等后果。另外，運行維護人員在維護軸承與潤滑系統(tǒng)時，需要全面、認真檢查潤滑脂類型，并全面清潔油嘴及相關(guān)區(qū)域，確保潤滑通道的通暢性，保證軸承用潤滑油按照規(guī)定用量使用。運行維護人員需要結(jié)合發(fā)電機實際運行規(guī)律，維護定、轉(zhuǎn)子繞組，通常情況下繞組干燥的新電機絕緣性能較好，只需在出現(xiàn)故障時進行檢測工作，絕緣電阻值減小不僅受繞組溫度的影響，而且在存儲或運輸過程中受潮等也會降低電氣設(shè)備的絕緣電阻值。而對于長時間停機或者首次啟用的發(fā)電機，運行維護人員應(yīng)至少每年開展一次絕緣電阻測試。[6]

3.2 日常維護

風(fēng)力發(fā)電機除了需要定期維護外，對于日常運行過程中出現(xiàn)的各種故障問題，運行維護人員也應(yīng)在最快時間內(nèi)解決，以免延誤風(fēng)電場風(fēng)電機組的正常運行，在及時排除故障隱患后，風(fēng)電場運維人員需要結(jié)合故障特點，有針對性地進行日常維護工作。

3.3 完善管理維護制度

風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機的定期維護、日常維護工作以完善的管理維護制度為基礎(chǔ)，檢測維修制度可以確保發(fā)電機運行維護的有序開展，運行維護人員在管理發(fā)電機的過程中，應(yīng)按照管理維護制度，全面有序地檢測發(fā)電機的各個線路、元件，有針對性地測試線路承受能力，采用先局部檢測再整體檢測的順序，一旦元件、線路性能不達標(biāo)，應(yīng)及時對其進行維修更換。另外，還要完善定期維護制度，利用制度約束運行維護人員，規(guī)范維護流程，確保能夠順利開展風(fēng)力發(fā)電機維護工作，明確定期維護方案、維護時間，從根本上提高發(fā)電機運行維護效率，降低風(fēng)力發(fā)電機運行故障。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著我國能源部門出臺加快推進風(fēng)電開發(fā)意見建議，風(fēng)力發(fā)電機組擴容需求不斷上升，風(fēng)電機組運行持續(xù)時間也隨之增加，風(fēng)力發(fā)電機運行穩(wěn)定性問題日益突出，運行維護人員應(yīng)根據(jù)發(fā)電機運行故障特點，明確故障診斷技術(shù)方案，并有針對性地制定風(fēng)力發(fā)電機運行維護策略，從而提高風(fēng)電機組中風(fēng)力發(fā)電機的運行穩(wěn)定性。

參考文獻：

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[3] 薛鵬，李鑫泉，劉立峰，等.淺析風(fēng)力發(fā)電機組檢修維護工作安全管理要點[J].中國設(shè)備工程，2019（04）：137-138.

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[6] 謝成光.淺談安全文化建設(shè)對企業(yè)安全生產(chǎn)的重要性[J].四川水力發(fā)電，2016（06）：147-149.