风电机组的日常检修维护与故障处理

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　　摘  要：文章分析了导致机组性能和风能利用效率降低的原因，针对问题做出相应的应对措施。风电机组的常见故障包括主控、变桨、变流器等电器设备故障和齿轮箱、发电机等机械设备的故障。在日常检修中，风电场应重视SCADA系统的报警提示，针对不同的故障采取相应的检修方式。在出现问题时，要根据不同风机的特点，采取有针对性的故障处理策略。
　　关键词：风电机组;检修维护;故障处理
　　中图分类号：TM315 文献标志码：A 文章编号：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年以来，随着多个百万千瓦级风电场的陆续开建，陆上风电进入4.0时代。而海上风电也迈入大容量高速发展阶段，风电场的日常检修和维护工作就显得尤为关键，同时合理的检修和维护工作也是保障风电机组能够持续稳定的重要因素。通过对机组进行日常检修，我们能够有效掌握风电机组当前的运行情况，了解机组各个零部件的运行状况是否存在问题，拟定出针对这一机组的维护计划，在问题产生的初期就采取合理的维修策略，以避免损害加剧，造成对人身安全的危害或财产损失。本文分析了风电机组的常见故障和诊断方法，并针对问题提出对应的检修和故障处理策略，有助于保证风电机组的安全运行，确保机组可利用率和发电场经济效益的提升。
　　1 风电机组的常见故障和诊断方法
　　在日常维护工作中，重视风机SCADA系统的每次故障报警和异常报表，并针对风电机组的性能进行对比分析，将故障情况进行分类，探讨故障诊断方法，可大幅降低事故发生的可能性，减少对机组的维护成本，缩短维护所需要的时间，并提升机组运行的效率和可靠性。
　　1.1 主控系统常见故障及诊断方法
　　主控系统是风机的大脑，风机的核心部件。风机运行的逻辑判断和动作均由主控系统控制发出。目前主流的控制系统多为PLC模块化设计，背板总线连接方式。这类电子器件常见故障主要分为模块本身故障和外部故障。模块本身故障表现为数字量或模拟量信号输出显示不正常或输入信号无反应、模块指示灯熄灭等情况。故障处理方式为重新刷新相关程序或进行器件更换。外部故障多在后台监控SCADA系统中以报警形式提醒。借助报警提示和代码描述，快速定位外部器件故障点，达到快速处理故障的目的。但在维护过程中，切记不可忽略甚至屏蔽主控系统报出的与安全相关的故障，将会引起严重的风机安全事故。
　　1.2 齿轮箱常见故障及诊断方法
　　齿轮箱位于机舱内。这一部件是双馈机组传动链的重要构成部分之一，用于连接主轴和发电机。齿轮箱通常组成结构和受力状况较为复杂，尤其是在不同的运行条件和载荷下工作时，易于产生失效的状况。[1]这一部件常见的故障可分为齿轮故障和轴承故障。其中，常见的齿轮故障有：断齿、齿面疲劳、粘着等;轴承故障有：磨损、点蚀、裂纹、表面剥落等。轴承是齿轮箱的重要部件，如果在运行中出现故障，往往会对齿轮箱造成巨大的破坏。振动监测是当前最为有效且使用最多的检测方法，是衡量齿轮和轴承是否正常运行的主要指标。而在日常维修中，需要对齿轮箱管路、中心孔、端盖、冷却器等进行密封性检查，观察是否存在漏油及损坏情况。定期还要打开齿轮箱观察孔或使用内窥镜，检查喷油管流速及喷油量是否变小、检查排气管开裂及弯折情况、定期效验传感器及振动测试，同时齿轮箱弹性支承也是重点检查的地方。和主控、变桨、变流器等电器设备的不同，齿轮箱、电机等机械部件的日常维护和保养更为重要。
　　1.3 变桨系统常见故障诊断方法
　　变桨系统是风电机组最重要的执行机构，是整个风机系统实现转速控制、并获得最大风能利用率的重要保证之一。同时也是风电机组安全运行的保障，在超过风机正常运行范围的大风况下，接受主控系指令进行收桨动作，有效的保障风机的安全性。变桨系统的主要故障分为电气故障和机械故障两部分，由于变桨系统器件多、结构复杂，是风电机组中故障率最高的部件。电气部分的维护主要分为手动变桨测试、急停收桨测试、充电回路测试、变桨电池检查等。机械部分则包括变桨电机、变桨轴承密封性、润滑油系统检查等。变桨系统属于旋转部件，对轮毂内所有螺栓和器件设备的力矩要求、连接紧固性有很高的要求，这些也是日常产生故障的主要原因。同时，輪毂内的任何部件故障都必须引起重视，这直接关系到风机的安全运行。 　　1.4 发电机常见故障及诊断方法
　　发电机属于风电机组的核心部件，其主要功能是把旋转机械能转化为电能，并持续向电气系统供应电力。由于近年来我国风电机组容量不断增大，发电机的尺寸也逐渐增大，这就对发电机的密封保护造成了困难。发电机在各种工况和电磁条件下持续工作较易发生问题。这一部件常见的故障主要有：发电机振动过大、轴承过热、转子/定子线圈短路、转子棒断裂和绝缘损坏。据文献统计，在全部的发电机故障中，轴承故障率达到百分之四十，定子故障率达到百分之三十八，而其他故障率则为百分之二十二。按照发电机的故障特征，通常所使用的诊断方式一般是从转子/定子电流信号、电压情况和输出功率反馈等进行分析。
　　1.5 叶片常见故障和诊断方法
　　叶片是风力发电吸收风能的主要部件，一般使用纤维增强复合材料制成。其长期在恶劣的条件下运行，受到潮湿、腐蚀和自然天气的影响，产生疲劳裂纹，甚至断裂。随着风电机组技术的发展，叶片长度从三十米发展到现在超过九十米，叶片的体积和质量近年来都在上升。如果在运行中产生问题，不仅会对这一部件造成损坏，还会对整个机组的安全运行造成难以估量的伤害。当前对叶片的检测，一般是按照材料在各种应力环境中的应力变化对是否存在故障加以分析。同时采用红外成像检测的方式对故障点进行分析，借助物体在各种温度下辐射的红外成像来判别是否存在问题。由于物体表面的裂纹、剥落等因素会影响热辐射的能量分布情况，因而应用红外成像检测方法能够准确对零件表面的裂纹进行有效分析，及时发现所存在的故障。而增添叶片的除冰系统，也能有效的提高叶片在低温状态下的运行可靠性，提高发电效率。
　　2 风电机组的检修和故障处理策略
　　2.1 检修方式的選择
　　按照风电机组可能产生的故障类型，我们可将之分为早期故障、意外故障以及损失故障。根据故障检修方式的差异，我们可将诊断方式分为日常检修、定期维护以及故障后维修。在机组使用的初期，故障率往往很高。此时的故障通常是因为设计和制造缺陷所导致的，但亦可能是由于工作人员的维护不合理所造成的。为解决这一问题，应加强对风机日常检修的检查，及时发现隐患，尽早处理。在风电机组通过240测试后，风电机组的运行逐步趋于稳定。运维人员应严格执行维护计划，定期对风机进行维护，特别是齿轮箱、偏航系统、导电轨、固定螺栓等机械设备的检查维护。在风电机组运行的第二年，运维人员因根据平时维护中设备故障率，建立备件储备制度，减少无设备更换造成的停机时间。在风电机组运行的第三年，风电机组已经进入稳定运行阶段。运维人员应当针对该风场特点，建立起日常检修、定检维保。对各种类型故障进行检查和修理，消除设备可能存在的故障隐患。在风电机组投入运行五年后，风电机组的大部件逐步开始出现老化、异响、漏油、振动等异常情况。此时需要在日常检修、定维的基础上，增加精细化检修，对风电机组进行全面的体检，避免小的隐患变成重大事故。同时也可以对部分系统进行技术改造，采用更为先进可靠的技术，有效降低风机的故障率，提升风机运行的经济性。
　　2.2 采用有针对性的故障处理策略
　　各种类型的风机在长期的运行过程中应采取不同的故障处理策略。例如，风机功率曲线不达标、个别机组无法满发。此时应当先从机组叶片对零、风向标对北、机组找中等机械部件方面入手检查，同时对风机算法和控制逻辑进行优化等软件方面进行多种检测，另外还要考虑到风机机位是否处于尾流效应中，海拔等因素也要考虑在内。再例如，当变桨电机频繁发生故障时，除考虑变桨电机制造商的选择和更换外，还应综合考虑整套变桨系统设计及维护情况。后备电源的充放电性能、变桨轴承和减速箱的润滑效果、收开桨逻辑等都会对变桨电机故障造成重要影响。甚至由于各风场所处区域，风机特性差异较大，通过实施纠正性技术改造加以解决。风电场的运行维护和故障处理需要我们在日常维护中加以不断探索和归纳，还应当制定科学合理的风电场管理规程，加强管理措施，推动设施设备的技术改良工作，确保风电机组更加稳定的运行。还应当制定科学合理的风电场管理规程，加强管理措施，推动设施设备的技术改良工作，使风力发电事业的发展更符合我国能源需求增长的需要。
　　3 结束语
　　当前，随着百万千瓦级风电场的陆续开建，四兆瓦及以上机型已成为陆上主力，海上风电也迈入大容量高速发展阶段，智慧风场、无人值守将成为日后发展趋势，风电场的日常检修和维护工作就显得尤为关键。除日常巡检、定期维保外，还需要对机组建立起一套完善的精细化检修工作，对主控、变桨、变流器等电器设备;对齿轮箱、发电机、叶片等机械设备针对其不同的故障采取相应的检修方式。在出现问题时，要根据不同风电机的特点，采取有针对性的故障处理策略。
　　参考文献：
　　[1]刘伟.风电机组传动系统维护与故障诊断[J].硅谷，2014（5）.
　　[2]白海存.风力发电机组批量性故障分析及处理[J].科技创新与应用，2016（4）.
　　[3]黄玉飞.浅析风电场运营维护与管理[J].科学技术创新，2012（8）.
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