蔣志偉

摘 ?要：文章分析了導(dǎo)致機(jī)組性能和風(fēng)能利用效率降低的原因，針對(duì)問題做出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。風(fēng)電機(jī)組的常見故障包括主控、變槳、變流器等電器設(shè)備故障和齒輪箱、發(fā)電機(jī)等機(jī)械設(shè)備的故障。在日常檢修中，風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)重視SCADA系統(tǒng)的報(bào)警提示，針對(duì)不同的故障采取相應(yīng)的檢修方式。在出現(xiàn)問題時(shí)，要根據(jù)不同風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，采取有針對(duì)性的故障處理策略。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;檢修維護(hù);故障處理

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(gè)百萬千瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)的陸續(xù)開建，陸上風(fēng)電進(jìn)入4.0時(shí)代。而海上風(fēng)電也邁入大容量高速發(fā)展階段，風(fēng)電場(chǎng)的日常檢修和維護(hù)工作就顯得尤為關(guān)鍵，同時(shí)合理的檢修和維護(hù)工作也是保障風(fēng)電機(jī)組能夠持續(xù)穩(wěn)定的重要因素。通過對(duì)機(jī)組進(jìn)行日常檢修，我們能夠有效掌握風(fēng)電機(jī)組當(dāng)前的運(yùn)行情況，了解機(jī)組各個(gè)零部件的運(yùn)行狀況是否存在問題，擬定出針對(duì)這一機(jī)組的維護(hù)計(jì)劃，在問題產(chǎn)生的初期就采取合理的維修策略，以避免損害加劇，造成對(duì)人身安全的危害或財(cái)產(chǎn)損失。本文分析了風(fēng)電機(jī)組的常見故障和診斷方法，并針對(duì)問題提出對(duì)應(yīng)的檢修和故障處理策略，有助于保證風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行，確保機(jī)組可利用率和發(fā)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

1 風(fēng)電機(jī)組的常見故障和診斷方法

在日常維護(hù)工作中，重視風(fēng)機(jī)SCADA系統(tǒng)的每次故障報(bào)警和異常報(bào)表，并針對(duì)風(fēng)電機(jī)組的性能進(jìn)行對(duì)比分析，將故障情況進(jìn)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(duì)機(jī)組的維護(hù)成本，縮短維護(hù)所需要的時(shí)間，并提升機(jī)組運(yùn)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(fēng)機(jī)的大腦，風(fēng)機(jī)的核心部件。風(fēng)機(jī)運(yùn)行的邏輯判斷和動(dòng)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(shè)計(jì)，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(xiàn)為數(shù)字量或模擬量信號(hào)輸出顯示不正常或輸入信號(hào)無反應(yīng)、模塊指示燈熄滅等情況。故障處理方式為重新刷新相關(guān)程序或進(jìn)行器件更換。外部故障多在后臺(tái)監(jiān)控SCADA系統(tǒng)中以報(bào)警形式提醒。借助報(bào)警提示和代碼描述，快速定位外部器件故障點(diǎn)，達(dá)到快速處理故障的目的。但在維護(hù)過程中，切記不可忽略甚至屏蔽主控系統(tǒng)報(bào)出的與安全相關(guān)的故障，將會(huì)引起嚴(yán)重的風(fēng)機(jī)安全事故。

1.2 齒輪箱常見故障及診斷方法

齒輪箱位于機(jī)艙內(nèi)。這一部件是雙饋機(jī)組傳動(dòng)鏈的重要構(gòu)成部分之一，用于連接主軸和發(fā)電機(jī)。齒輪箱通常組成結(jié)構(gòu)和受力狀況較為復(fù)雜，尤其是在不同的運(yùn)行條件和載荷下工作時(shí)，易于產(chǎn)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(diǎn)蝕、裂紋、表面剝落等。軸承是齒輪箱的重要部件，如果在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，往往會(huì)對(duì)齒輪箱造成巨大的破壞。振動(dòng)監(jiān)測(cè)是當(dāng)前最為有效且使用最多的檢測(cè)方法，是衡量齒輪和軸承是否正常運(yùn)行的主要指標(biāo)。而在日常維修中，需要對(duì)齒輪箱管路、中心孔、端蓋、冷卻器等進(jìn)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(nèi)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(yàn)傳感器及振動(dòng)測(cè)試，同時(shí)齒輪箱彈性支承也是重點(diǎn)檢查的地方。和主控、變槳、變流器等電器設(shè)備的不同，齒輪箱、電機(jī)等機(jī)械部件的日常維護(hù)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(fēng)電機(jī)組最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制、并獲得最大風(fēng)能利用率的重要保證之一。同時(shí)也是風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行的保障，在超過風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行范圍的大風(fēng)況下，接受主控系指令進(jìn)行收槳?jiǎng)幼鳎行У谋Ｕ巷L(fēng)機(jī)的安全性。變槳系統(tǒng)的主要故障分為電氣故障和機(jī)械故障兩部分，由于變槳系統(tǒng)器件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是風(fēng)電機(jī)組中故障率最高的部件。電氣部分的維護(hù)主要分為手動(dòng)變槳測(cè)試、急停收槳測(cè)試、充電回路測(cè)試、變槳電池檢查等。機(jī)械部分則包括變槳電機(jī)、變槳軸承密封性、潤(rùn)滑油系統(tǒng)檢查等。變槳系統(tǒng)屬于旋轉(zhuǎn)部件，對(duì)輪轂內(nèi)所有螺栓和器件設(shè)備的力矩要求、連接緊固性有很高的要求，這些也是日常產(chǎn)生故障的主要原因。同時(shí)，輪轂內(nèi)的任何部件故障都必須引起重視，這直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。

1.4 發(fā)電機(jī)常見故障及診斷方法

發(fā)電機(jī)屬于風(fēng)電機(jī)組的核心部件，其主要功能是把旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并持續(xù)向電氣系統(tǒng)供應(yīng)電力。由于近年來我國風(fēng)電機(jī)組容量不斷增大，發(fā)電機(jī)的尺寸也逐漸增大，這就對(duì)發(fā)電機(jī)的密封保護(hù)造成了困難。發(fā)電機(jī)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(jī)振動(dòng)過大、軸承過熱、轉(zhuǎn)子/定子線圈短路、轉(zhuǎn)子棒斷裂和絕緣損壞。據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，在全部的發(fā)電機(jī)故障中，軸承故障率達(dá)到百分之四十，定子故障率達(dá)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(jī)的故障特征，通常所使用的診斷方式一般是從轉(zhuǎn)子/定子電流信號(hào)、電壓情況和輸出功率反饋等進(jìn)行分析。

1.5 葉片常見故障和診斷方法

葉片是風(fēng)力發(fā)電吸收風(fēng)能的主要部件，一般使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。其長(zhǎng)期在惡劣的條件下運(yùn)行，受到潮濕、腐蝕和自然天氣的影響，產(chǎn)生疲勞裂紋，甚至斷裂。隨著風(fēng)電機(jī)組技術(shù)的發(fā)展，葉片長(zhǎng)度從三十米發(fā)展到現(xiàn)在超過九十米，葉片的體積和質(zhì)量近年來都在上升。如果在運(yùn)行中產(chǎn)生問題，不僅會(huì)對(duì)這一部件造成損壞，還會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)行造成難以估量的傷害。當(dāng)前對(duì)葉片的檢測(cè)，一般是按照材料在各種應(yīng)力環(huán)境中的應(yīng)力變化對(duì)是否存在故障加以分析。同時(shí)采用紅外成像檢測(cè)的方式對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)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(huì)影響熱輻射的能量分布情況，因而應(yīng)用紅外成像檢測(cè)方法能夠準(zhǔn)確對(duì)零件表面的裂紋進(jìn)行有效分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(yùn)行可靠性，提高發(fā)電效率。

2 風(fēng)電機(jī)組的檢修和故障處理策略

2.1 檢修方式的選擇

按照風(fēng)電機(jī)組可能產(chǎn)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(jù)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(hù)以及故障后維修。在機(jī)組使用的初期，故障率往往很高。此時(shí)的故障通常是因?yàn)樵O(shè)計(jì)和制造缺陷所導(dǎo)致的，但亦可能是由于工作人員的維護(hù)不合理所造成的。為解決這一問題，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)風(fēng)機(jī)日常檢修的檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，盡早處理。在風(fēng)電機(jī)組通過240測(cè)試后，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行逐步趨于穩(wěn)定。運(yùn)維人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行維護(hù)計(jì)劃，定期對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)，特別是齒輪箱、偏航系統(tǒng)、導(dǎo)電軌、固定螺栓等機(jī)械設(shè)備的檢查維護(hù)。在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的第二年，運(yùn)維人員因根據(jù)平時(shí)維護(hù)中設(shè)備故障率，建立備件儲(chǔ)備制度，減少無設(shè)備更換造成的停機(jī)時(shí)間。在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的第三年，風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段。運(yùn)維人員應(yīng)當(dāng)針對(duì)該風(fēng)場(chǎng)特點(diǎn)，建立起日常檢修、定檢維保。對(duì)各種類型故障進(jìn)行檢查和修理，消除設(shè)備可能存在的故障隱患。在風(fēng)電機(jī)組投入運(yùn)行五年后，風(fēng)電機(jī)組的大部件逐步開始出現(xiàn)老化、異響、漏油、振動(dòng)等異常情況。此時(shí)需要在日常檢修、定維的基礎(chǔ)上，增加精細(xì)化檢修，對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行全面的體檢，避免小的隱患變成重大事故。同時(shí)也可以對(duì)部分系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，采用更為先進(jìn)可靠的技術(shù)，有效降低風(fēng)機(jī)的故障率，提升風(fēng)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 采用有針對(duì)性的故障處理策略

各種類型的風(fēng)機(jī)在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中應(yīng)采取不同的故障處理策略。例如，風(fēng)機(jī)功率曲線不達(dá)標(biāo)、個(gè)別機(jī)組無法滿發(fā)。此時(shí)應(yīng)當(dāng)先從機(jī)組葉片對(duì)零、風(fēng)向標(biāo)對(duì)北、機(jī)組找中等機(jī)械部件方面入手檢查，同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)算法和控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化等軟件方面進(jìn)行多種檢測(cè)，另外還要考慮到風(fēng)機(jī)機(jī)位是否處于尾流效應(yīng)中，海拔等因素也要考慮在內(nèi)。再例如，當(dāng)變槳電機(jī)頻繁發(fā)生故障時(shí)，除考慮變槳電機(jī)制造商的選擇和更換外，還應(yīng)綜合考慮整套變槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)及維護(hù)情況。后備電源的充放電性能、變槳軸承和減速箱的潤(rùn)滑效果、收開槳邏輯等都會(huì)對(duì)變槳電機(jī)故障造成重要影響。甚至由于各風(fēng)場(chǎng)所處區(qū)域，風(fēng)機(jī)特性差異較大，通過實(shí)施糾正性技術(shù)改造加以解決。風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)和故障處理需要我們?cè)谌粘＞S護(hù)中加以不斷探索和歸納，還應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)合理的風(fēng)電場(chǎng)管理規(guī)程，加強(qiáng)管理措施，推動(dòng)設(shè)施設(shè)備的技術(shù)改良工作，確保風(fēng)電機(jī)組更加穩(wěn)定的運(yùn)行。還應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)合理的風(fēng)電場(chǎng)管理規(guī)程，加強(qiáng)管理措施，推動(dòng)設(shè)施設(shè)備的技術(shù)改良工作，使風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展更符合我國能源需求增長(zhǎng)的需要。

3 結(jié)束語

當(dāng)前，隨著百萬千瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)的陸續(xù)開建，四兆瓦及以上機(jī)型已成為陸上主力，海上風(fēng)電也邁入大容量高速發(fā)展階段，智慧風(fēng)場(chǎng)、無人值守將成為日后發(fā)展趨勢(shì)，風(fēng)電場(chǎng)的日常檢修和維護(hù)工作就顯得尤為關(guān)鍵。除日常巡檢、定期維保外，還需要對(duì)機(jī)組建立起一套完善的精細(xì)化檢修工作，對(duì)主控、變槳、變流器等電器設(shè)備;對(duì)齒輪箱、發(fā)電機(jī)、葉片等機(jī)械設(shè)備針對(duì)其不同的故障采取相應(yīng)的檢修方式。在出現(xiàn)問題時(shí)，要根據(jù)不同風(fēng)電機(jī)的特點(diǎn)，采取有針對(duì)性的故障處理策略。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉偉.風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)與故障診斷[J].硅谷，2014（5）.

[2]白海存.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組批量性故障分析及處理[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（4）.

[3]黃玉飛.淺析風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)與管理[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2012（8）.