李佳轩

中车兰州机车有限公司玉门风电分公司

浅谈风力发电机组的运行与维护

李佳轩

中车兰州机车有限公司玉门风电分公司

前言：

风力发电机是一种将风能转化为电能的流体机械。作为绿色能源，风能的发展前景广阔，今后必将取代传统高污染发电方式而占据电力行业的主导地位。今年“两会”期间，国务院总理李克强在政府工作报告中提出要加快推进可再生能源并网。然而，面对日益增加的装机容量，风电机组的维护成了运营企业面临的难题，为了延长风电设备的使用寿命，就必须对其进行科学合理的维护。本文以某风场1500型双馈异步风力发电机组为例，通过对日常维护工作尤其是频繁出现故障的分析和统计，谈谈本人对提升风机运维质量的看法。

一、主要结构及原理

风力发电机组由大部件和控制系统组成，大部件包括叶片、轮毂、齿轮箱、发电机；控制系统包括风机主控制系统、变频器控制系统、变桨控制系统。

其中，叶片利用夹角的改变获取风能并将其转化为动能，带动低速轴旋转，齿轮箱将转速放大，通过高速轴传递到发电机，当风速大于切入风速时，风机各系统检测正常，发电机转速逐渐增加，达到并网转速1300r/min时主控系统发出指令到变频器，变频器开关吸合，给发电机转子侧送入励磁电流，并通过调整该励磁电流参数达到并网的要求，在这个过程中，风机始终需要电网经过箱式变压器提供690V电源，以供控制系统工作。如果电机转速下降到1300r/ min以下或是需要停机时，主控系统就将断开并网开关的信号传递给变频器，变频器控制系统则使电网断开，叶片角度回到停机位置。

二、维护工作

作为一种高速运转的机械装置，风电机组长年累月承受着叶片旋转产生的动载荷，这就需要定期检查风机，提前发现并解决问题。巡检的周期和内容按相关风力发电机组技术规范执行，通常两到三个月完成一次巡检，而每隔六个月或一年则需进行定检，即对风机包括连接螺栓在内的项目进行全面检查。

2.1巡检及定检

2.1.1 塔筒及攀爬

塔筒门：主要检查塔筒门密封与塔筒门锁。其中塔筒门密封标准为关闭有无缝隙，密封胶条有无脱落；塔筒门锁标准为锁具有无卡塞。

灭火器：主要检查压力值，内容为目测与是否欠压。

基础环：主要检查表面，进行目测、查看有无裂纹、腐蚀

塔筒连接螺栓：主要检查基础环-下段塔筒连接、下段塔筒—中段塔筒、中段塔筒—上段塔筒、上段塔筒-机舱。检查标准根据厂家选择。

爬梯连接：主要检查连接板，查看是否缺失、有无错位。

助爬器：主要检查电机，查看运转是否正常。

提升机及附件：主要检查链条/钢丝绳以及电源线插头。其中链条/钢丝绳查看是否有卡滞，电源线插头查看有无损坏。

照明系统：主要检查照明灯、应急灯，进行目测，查看是否正常工作

2.1.2轮毂

(见表1)

2.2故障处理

之前提到风机发电的前提是各系统检测正常，因此要想提高风机可利用率，延长元器件寿命，就要将故障处理作为维护工作的重点。故障发生的原因大致包括电网原因、维护原因和天气原因。

2.2.1电网原因

当35KV供电线路保险跌落造成短路时，瞬间产生的过载电流会导致机舱控制系统相关断路器断开而引发故障。

另一方面，电网如果长时间停电，在此期间风机内部元器件因为设置了低电压穿越功能会严重馈电，而此时电池柜已无法向230V供电电源充电，所以当电网恢复供电后，230V电源就不能为PLC提供电能，机舱控制系统不工作即导致无通讯故障。此外，如果塔基温度达不到控制器设定的温度值时也会造成无通讯故障，冬季易频报。

应对该类常见且多发故障，除了保证电池电压达到额定值外，对230V辅助供电设备也要维护到位，每次巡检时须根据其使用说明书进行测试。

2.2.2维护原因

维护原因导致的故障是由于限功率、元器件老化、线路虚接或损坏这三大方面所引发。以下是常见故障的产生原因及其处理预防措施。

(1)主控制系统

以发电机与轮毂转速差过小故障为例，这是主控制系统引起的缺陷，机舱PLC通过超速脱口装置(Turck)检测轮毂与发电机转速差，这个值需要保持在一定范围内，否则会对轴承造成损害，通常该故障是由Turck本身问题引起的，另外，机械原因也会造成该故障，机舱检测轮毂转速信号是通过滑环及其编码器线，滑环由支撑杆与轮毂相连，角度呈90°，当支撑杆连接螺栓松动或出现断裂时滑环就会空转，导致Turck检测不到轮毂信号，造成故障并停机。

再如柜体温度过高故障，它是由于温度传感器到主PLC输入端口线路损坏或PLC模块负极底座损坏造成电流过大所致，通常后者发生的概率较大，需紧固负极接线。

(2)变桨控制系统

风机轮毂属于转动部件，每时每刻都会受到来自叶片的转矩，因此故障较为频发，常见的有轮毂驱动故障。

轮毂通过滑环接收来自机舱控制系统的信号与供电，再经轮毂柜驱动变桨电机工作，每个轮毂柜控制一个叶片，信号的处理需通过变桨变频器来实现，而该过程又要经过斩波器进行保护，当变桨变频器内部出现损坏时，信号就不能继续传递，有时接触器故障也会导致信号中断，最常用的判断方法就是断电后再送电观察接触器是否吸合，或测量电阻，当电阻无穷大时就证明已经损坏。

表1

另外，如果斩波器出现问题会导致电流过大，烧坏保险，使线路断开引发故障。这里经常要用到控制变量的方法，当无法确定故障点时，可将该部件安装到正常轮毂柜内观察运行情况，再根据故障代码判断损坏与否，例如：三个轮毂柜编号分别为1、2、3号，所报故障代号即为11、21、31，更换后故障代码即发生改变，由此可找到故障点。

(3)变频器控制系统

变频器通过硬件和软件分别对发电机、变桨系统、偏航角度进行调节，以及控制风机并网。以变频器未同步故障为例，限制功率时，由于风机之间通过环网连接，后运行的风机功率会被限制到额定功率以下，导致发电机功率过低，此时发电机侧变频器就会检测到与发电机不同步而报出该故障。另外，在并网过程中，只有定子接触器闭合，定子电压幅值、相位、频率与电网一致才能发电，所以定子接触器损坏也会造成不同步。

2.2.3天气原因

在气候干燥的地区，沙土尘埃常年累月的堆积在齿轮箱油冷散热器内会使齿轮箱油无法及时散热而出现限功问题，影响发电，这就需要及时清洗散热器，此外，雷击产生瞬时强大的电流同样会对风机造成损害，所以防雷系统可靠性不容忽视。

以上就是一些典型故障的产生原因和排除方法，因此，风机上的线路、元器件都需及时检查，发现松动或异常要及时紧固，元器件损坏的也应尽快更换，不能让风机带病运行。

三、闭环过程

任何一支售后服务团队背后都需要强有力的技术支持和物资供应做支撑，方可保证维护工作顺利进。首先，现场人员对风机信息记录需准确可靠，严格依据图纸和技术文件判断发生故障的原因，反复观察对比正常运行的风机，不能凭经验下结论。

当现场提供反馈信息后，由公司相关部门准备需要更换的物料，这就需要及时有效的配合，确保物料如期发往现场，尽量缩短停机时间，以保证与之相关部件正常运行。如果遇到较为复杂的问题时，现场无法判断故障发生原因，就马上发起技术支持，由公司协助售后团队共同解决。

物料到场完成更换并排除故障后，应定期检查新部件运行情况，记录告警信息，直到再无同类故障报出，并将此次故障处理经过及原因分析记录作为风机档案保存，为后续维护提供依据。

四、结论

无论是双馈异步型还是直驱型风力发电机组，都需要及时维护，只有不断对比和摸索，在原有技术规程的基础上总结和提高，严禁凭经验操作，这样才能真正掌握风电机组的运行原理，根据实际情况制定合理的维护计划。既然安全事故可以杜绝，那么能够导致风机停机的故障也可以在工程技术人员的不懈努力下预防其发生，风机的可利用率方能提高，风力发电技术才会逐渐成熟，造福人类。

[1]《风力发电技术》(西北工业大学出版社 ) 廖明夫 等编著2009年3月出版；

[2]《新能源》(东南大学出版社)张志军 著2012年10月出版；

[3]《风力发电原理》(机械工业出版社)吴双群 赵丹平 著2011年10月出版；

[4]《风能与风力发电技术》(化学工业出版社)刘万琨 等著2007年1月出版。