风力发电机组故障处理

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　　摘 要：近年来，人们的发电方式不断变化，从最初的烧煤发电，演变至现在的清洁能源发电，其中风力发电被人们广泛接受。虽然风力发电减少着对大气的污染，但是由于其技术不够成熟，导致运行时频发故障。本文从风力发电机组的概述出发，首先分析了风力发电机组的常见故障，最后探讨了相关的处理措施，供同行参考。
　　关键词：风力发电机组;原理;故障;措施
　　中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）08-0171-02
　　0 引言
　　风能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，是人类和自然和谐相处、推动经济发展的新能源。随着人们对气候问题重视度的提高，风力发电得以快速发展，特别是印度、中国等发展中的国家。相较于传统的发电方式，风力发电具有发电效率高、环境污染少等优势，不仅符合着国家的发展战略，也保障着人们的生活和工作。合理运用发电技术，规避发电问题，是每位从业者需要关注的问题。下面，笔者从自身经验出发，对风力发电机组的故障处理进行了如下探讨。
　　1 风力发电机组的概述
　　1.1 风力发电机组的构成
　　风力发电机组是指将其他形式的能源，转变为电能机械设备，由风轮、对风装置、机头座和回转体、调速装置、传动装置、制动器、发电机等设备组成。现阶段，风力发电机组在科技、农业生产、国防等方面都得以广泛应用。发电机形式多样，但其原理都基于电磁力定律、电磁感应定律，因此其构造原则为：用合适的导电材料、导磁材料构成相互感应的电路和磁路，从而产生电磁功率，达到能量转换的效果。
　　1.2 风力发电机组的工作方式
　　在风力发电机组发电时，需要保证输出的电频率恒定。这无论是对风光互补发电，还是风机并网发电而言，都是非常必要的。要想保证频率恒定，一方面要保证发电机转速稳定，也就是恒频恒速的运行，因为发电机组经由传动装置运行，所以其必须保持恒定的转速，以免影响风能的转换效率。另一方面，发电机的转动速度随着风速变化，借助其他手段保证电能频率恒定，也就是变速恒频运行。风力发电机组的风能使用系数，和叶尖速比有着直接的关系，存在某些明确的叶尖速比，使CP值最大。因此，在变速恒定运行的情况下，发电机和风力机的转动速度，虽然发生着某种变化，但是并不影响电能的输出频率。
　　1.3 风力发电的优势
　　由于风电属于新能源，无论是技术还是成本，都和传统的水电、火电存在巨大差异，因此其要想快速发展，需要政策给予足够的扶持。分析得知，风力发电具有如下优势：（1）风是由大气受到太阳辐射引起的空气对流，可以说是太阳能的另外形式。风能是自然界的产物，不需要进行任何加工，也不会污染大气环境，可以直接拿来使用。相较于火力发电，其具备可再生、无污染的优势。（2）现阶段，风力发电机组已能批量生产，特别是风力发电技术成熟的国家，2MW、5MW这种容量较高的机组，已正式投入运行。相较之下，我国的风力发电发展空间较大。（3）风力发电占地面积小，建设周期短，成本低，发电量大，可灵活用于不同环境下，不受地形限制。而且，随着科学技术的发展，可实现远程控制。
　　2 风力发电机组故障分析
　　2.1 发电机故障
　　在发电机运行过程，由于各方面的原因，产生各种故障。无论其故障大小，都要采用有效措施消除，并在故障处理前切断机组电源，以免引发安全事故。分析得知，发电机常见故障包括：（1）轴承发热或响声不正常。润滑脂过多或不足，轴承磨损烧坏，润滑脂变质或含有异物，轴承内外圈松动等，都会导致轴承出现不正常的响动或发热。（2）轴承漏油。发生原因和润滑脂稀化，轴承发热，密封件间隙过大或损坏，润滑脂多等相关。（3）发电机噪声或振动。机组轴向串动，叶片角度不同，机组和发电机共振，安装不牢固，轴承损坏等，导致发电机频繁振动，出现巨大噪声。（4）发电机失磁。该故障发生后，会降低系统电压和定子电压，升高定子电流。点亮失磁保护动作牌，使无功表指示负值，其他机组勉强动作。（5）发电机着火。发电机周围有焦味，端部空冷室有火光，發电机差动、接地等保护可能动作。定子铁芯温度升高，表针摆动。
　　2.2 变桨系统故障
　　一般来讲，变桨系统故障主要包括这几点：（1）变桨CANOpen通讯故障。主控和变桨通讯的连接线路为：通讯CM202、太通讯防雷、主控重载、滑环、变桨重载B1、变桨防雷和EPEC控制，只要其中的任何线路或元件出现问题，就会导致整个系统故障。（2）变桨轴-驱动器故障。变桨驱动器由轴模块、滤模块、电源模块共同组成，常见故障模块为轴模块。（3）轴-变桨超时故障。分析得知，该故障的发生原因和驱动器输出电压低、电机编码器出现问题、变桨电机自身问题相关。
　　2.3 变流器系统故障
　　在变流器系统运行过程中，常见故障主要包括：（1）变流器CANOpen通讯故障。由于风机主控、控制器通讯中断，导致风机控制器发出变流器通讯故障的警告。分析得知，该故障和通讯线虚接、通讯参数设置错误、串口引脚焊接错误等因素相关。（2）变流器跳闸。如果变流器风机主控未向变流器发出脱网的指令，而是由控制器直接发出指令，就会在检测到变流器脱网的情况下发出故障跳闸，其原因和变流器侧故障、风机侧故障、外部环境不良相关。（3）并网超时。当发电机转速超过1250转后，风机主控就会发出指令启动变流器，随后并网闭合开关。通常情况下，并网超时故障由风速不稳、变流器充电回路故障、并网开关故障、功率模块内部故障相等因素所致。
　　2.4 偏航系统故障
　　在风力发电机组运行过程中，偏航系统故障是常见现象，主要表现为：（1）偏航噪音大。在偏航系统运转期间，通常会产生一定的噪音，如果噪音偏大，不但会产生强烈的振动，还会影响整个机组的安全性。该现象的发生和驱动小齿轮、轴承齿圈啮合异常，偏航制动器和制动盘摩擦，机械结构件干扰等因素相关。（2）偏航减速齿轮箱打齿。现如今，虽然偏航驱动齿轮箱已国产化，产品质量也趋于稳定，但仍有个别发电机存在驱动齿轮箱打齿的现象，发生原因和偏航制动时受外界荷载冲击、齿轮加工或加热产生缺陷、齿轮箱渗漏油相关。（3）轴承断齿及滚道脱落。受驱动齿轮加工、冲击等因素影响，使偏航轴承齿圈出现缺陷，从而引发断齿、滚道脱落的问题。（4）制动盘磨损。偏航制动器偏航压力大，长时间磨损使得制动盘不满足制动器需求;制动器摩擦片长时间磨损，导致液压缸和制动器直接接触，造成制动盘严重磨损。 　　3 风力发电机组故障处理措施
　　3.1 发电机故障处理
　　针对发电机的故障处理，主要表现为这样几点：（1）清除或补充润滑脂，清洗或更换轴承，紧固圆螺母、螺栓。（2）加厚或更换密封件，更换轴承，及时排除轴承发热故障。（3）让发电机在规定功率内运行，检查垫片，发现破损后及时更换。调整发电机的振动周期，修理或更换破损的零部件。（4）发电机失磁由FMK误跳所致，而发变组出口开关未跳闸，应立即解除开关联跳压板，试合FMK开关。若该开光无法合上，需要通知值长停机。另一方面，发电机失磁保护动作，灭磁开光跳闸，可按照发变组出口开光跳闸处理。（5）当发电机着手时，即刻拉开FMK开关、发电变组出口开关，保证发电机转速为每分钟300转。用灭火器灭火，继续运行冷水，直到火灾扑灭。灭火过程中，同样要维持每分钟300转的转速。
　　3.2 变桨系统故障处理
　　变桨系统故障的处理，可从这样几点进行：（1）检查轴承表面和密封性，查看是否出现腐蚀、噪声、断齿等情况，发现后及时修补，或更换变桨轴承。加大巡检力度，定期保养和维护，同时加注润滑油脂。（2）定期检查齿轮箱的油位是否正常、是否漏油、油色是否浑浊等，手动变桨查看是否卡涩。（3）为规避滑环转换器故障问题，保证润滑性、低电阻，需要定期添加润滑剂，日常维护时清理内部污物，并紧固接线。一旦滑环转换器破损，立即进行更换，同时在送电前进行绝缘电阻测试。
　　3.3 变流器系统故障处理
　　对于变流器系统的故障处理，可从以下几点着手：（1）检查主控和变流器通道线缆是否压好，及时更换控制板变流器I/O扩展板，检查电机负载是否过大，变流器转矩参数是否合理。（2）提示驱动板连接错误时，首先手动暂停风机，然后将变流器电源关掉，打开变流器的1号柜和2号柜，取下驱动线，清理插座和插头灰尘，最后重新插上开启。（3）检查风扇是否正常运行，如果不能使用，即刻和厂家联系更换;如果风扇可正常运行，且没有任何故障，应检查1号柜的反馈线是否正常，如若线路也正常，可更换转子侧电路板。
　　3.4 偏航系统故障处理
　　为预防偏航系统故障的发生，在設置制动器偏航压力时，应结合风电场实际，明确偏航压力值。在摩擦片使用之前，对其进行充分的检验。在设计偏航制动盘时，应确保表面粗糙度满足要求。加大产品生产过程的管控力度，尤其是关键的工艺流程。为保证整个机组偏航的稳定性，应选择合适的制动力矩。对于偏航轴承而言，设计期间除要考虑轴承关键部位的安全系数外，还要根据风电场的具体情况，对轴承的疲劳寿命、承载能力进行仿真实验和分析，保证滚道润环良好。同时，严格把控产品的加工流程，提高轴承的可靠性。为防止制动盘磨损，应合理设计制动压力，选用耐磨性好的材料，检查现场巡检，及时更换受损的摩擦片，以免影响整个偏航系统的运行。
　　4 结语
　　综上所述，风力发电技术作为一种新兴技术，当前仍存在诸多问题，影响发电效率，引发安全事故。因此，相关人员需要深入分析风力发电机组的故障问题，采用有效措施进行处理，同时加大作业现场的管理力度，降低故障发生率，延长整个机组的使用寿命。
　　参考文献
　　[1] 崔锐，李晓江，刘国栋，等.基于自适应空气密度变化的直驱式风机控制策略优化分析[J].电力科学与工程，2017，33（2）：45-48.
　　[2] 崔锐，李晓江，石敏，等.1.5 MW直驱式风力发电机组建模与仿真[J].能源与节能，2016，21（9）：58-59，72.
　　[3] 黄伟煌，王芸，赵浩然，等.一种新型的永磁直驱风力发电机组控制策略在微网中的应用[J].太阳能学报，2015，36（1）：61-69.
　　[4] 黄军.变频器功率模块故障引发电机异音分析[J].山东工业技术，2017，25（7）：65-66，43.
　　[5] 王子佳.基于S能量熵的直驱式风电机组故障诊断方法[J].科技资讯，2016，14（29）：36-39.
　　[6] 葛坚，高振宇.直驱式风力发电系统及其控制策略的思考[J].科技视界，2017，19（30）：93，104.
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