風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣與控制系統(tǒng)快速檢修思路探索

吳永強(qiáng)

【摘 要】風(fēng)電機(jī)組檢修是發(fā)電設(shè)備管理中必不可少的一環(huán)，筆者結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，闡述了對(duì)機(jī)組控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)故障檢查工作的思路，并進(jìn)行了歸納和總結(jié)，為風(fēng)電場(chǎng)檢修新員工快速理解風(fēng)電機(jī)組功能原理，掌握設(shè)備檢修方法提供了參考。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電機(jī)組；設(shè)備檢修；電氣檢修；控制系統(tǒng)；故障診斷；風(fēng)力發(fā)電；清潔能源

0 引言

在風(fēng)電場(chǎng)組建檢修隊(duì)伍開始，往往不乏剛從學(xué)校走向崗位的畢業(yè)生，沒(méi)有見(jiàn)過(guò)風(fēng)電設(shè)備，同時(shí)更不具備對(duì)設(shè)備的檢修經(jīng)驗(yàn)。如何在短期內(nèi)完成對(duì)新員工的安全和檢修技能培訓(xùn)，使其短時(shí)間內(nèi)具備分析故障、處理故障的能力，是擺在檢修部門面前的一道難題。由于新機(jī)組運(yùn)行較穩(wěn)定，故障率較低，除了在實(shí)習(xí)期內(nèi)由師傅帶徒弟上機(jī)維護(hù)外，基本沒(méi)有更好的辦法讓新員工快速積累檢修經(jīng)驗(yàn)。

因此，為解決這個(gè)問(wèn)題，檢修部門往往編制出自己的檢修作業(yè)指導(dǎo)書或故障處理手冊(cè)，檢修班長(zhǎng)也需要將自己的檢修經(jīng)驗(yàn)的精華總結(jié)出來(lái)，從理論上向新員工進(jìn)行灌輸。但是只有文字、圖片還是不夠的，為提高新員工的實(shí)際操作水平，筆者認(rèn)為在保證安全的情況下，設(shè)置一些故障讓新員工進(jìn)行實(shí)際操作，是十分有必要的，并且，應(yīng)將設(shè)備檢修過(guò)程條理化。本文主要從控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)闡述給新員工進(jìn)行故障分析和實(shí)際操作培訓(xùn)的一些思路，使其建立對(duì)設(shè)備功能的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和檢修操作能力。

1 風(fēng)電機(jī)組電氣和控制系統(tǒng)檢修的總體框架

控制系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組的大腦和神經(jīng)，感知和控制風(fēng)電機(jī)組所有系統(tǒng)的設(shè)備，并使其正常運(yùn)行。

風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)主要由PLC主機(jī)，PLC通訊模塊，安全鏈模塊、數(shù)字輸入DI、數(shù)字輸出DO模塊和模擬輸入模塊AI等專用模塊組成。通信模塊通過(guò)某種通訊協(xié)議將PLC主機(jī)的指令和設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行傳輸，使相應(yīng)的電氣設(shè)備工作在要求的狀態(tài)下。

風(fēng)電機(jī)組安全鏈回路是保障機(jī)組安全運(yùn)行的重要回路，由多個(gè)節(jié)點(diǎn)采取串聯(lián)回路連接而成，只要回路中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)斷開，安全鏈便發(fā)出指令讓風(fēng)電機(jī)組馬上緊急停機(jī)，避免發(fā)生安全事故，從邏輯上看，安全鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)是邏輯與的關(guān)系，只有安全鏈各個(gè)邏輯量是1，機(jī)組才允許正常運(yùn)行。安全鏈回路監(jiān)控的項(xiàng)目有：超速，振動(dòng)，變槳，偏航扭纜，緊急停機(jī)按鈕，PLC主機(jī)等。

在風(fēng)電機(jī)組報(bào)故障后，現(xiàn)場(chǎng)檢查的方法往往是頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳，沒(méi)有對(duì)設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的檢查。對(duì)于新員工來(lái)說(shuō)，對(duì)設(shè)備的認(rèn)知也經(jīng)常是局部的，沒(méi)有連貫性和系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，故障報(bào)警列表中，往往不能直觀看出故障的先后順序，且故障總數(shù)有時(shí)可能達(dá)到5～10條，如此情況對(duì)于新員工來(lái)說(shuō)，無(wú)疑加大了學(xué)習(xí)和實(shí)踐的難度。為使其系統(tǒng)化的理解和扎實(shí)的掌握檢修技能，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的檢修經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出如下的檢修思路。

2 風(fēng)電機(jī)組電氣和控制系統(tǒng)檢修的具體步驟

2.1 PLC檢查

由于PLC是控制的核心，所以要首先檢查PLC的工作是否正常。通過(guò)檢查操作界面，確認(rèn)PLC的軟件版本、工作狀態(tài)是否正確，不存在死機(jī)的現(xiàn)象。之后，外部檢查PLC的狀態(tài)顯示是否正常，同時(shí)感知PLC外殼，確定設(shè)備工作沒(méi)有過(guò)熱現(xiàn)象。

2.2 通訊檢查

PLC工作正常后第二步檢查通訊功能，如果控制系統(tǒng)通訊存在問(wèn)題，則風(fēng)電機(jī)組所有的設(shè)備狀態(tài)包括安全鏈的信號(hào)都無(wú)法檢測(cè)到。通訊模塊檢查項(xiàng)目主要包括：通訊模塊的電源供電模塊是否正常工作，通訊模塊的接頭和接線是否正確，設(shè)置的通訊波特率是否合適，通訊地址是否正確，通訊光纖的信號(hào)強(qiáng)度是否充足，接線是否正確。

2.3 安全鏈檢查

在通訊功能正常后，第三步檢查安全鏈回路。根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的控制邏輯，如果安全鏈回路不閉合，機(jī)組的主要設(shè)備都是不能開始工作的。安全連回路檢查流程中，首先要確認(rèn)安全鏈模塊的工作狀態(tài)正常，安全鏈的軟件工作正常，如果安全鏈模塊已經(jīng)發(fā)生損壞，則在更換新模塊之前，后面一切檢查都是徒勞的。如果安全鏈軟件有問(wèn)題，則需要重新下載或灌裝安全鏈程序。

排除軟硬件故障后，在根據(jù)電路圖紙接線原理，根據(jù)回路檢查各安全節(jié)點(diǎn)的功能是否正常，檢查過(guò)程中要分清故障原因。有的情況是安全鏈信號(hào)傳輸過(guò)程中存在干擾或故障，而非發(fā)生了不安全事件。而有的故障原因是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)確實(shí)達(dá)到了觸發(fā)安全報(bào)警的極限。如發(fā)生了嚴(yán)重的扭纜狀態(tài)，機(jī)艙振動(dòng)超限等。當(dāng)所有安全連回路閉合，且狀態(tài)正常后，主設(shè)備開始工作，之后就可以進(jìn)行各分系統(tǒng)的檢查和故障排除。

2.4 各分系統(tǒng)設(shè)備檢查

風(fēng)電機(jī)組各分系統(tǒng)設(shè)備包括變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。在檢查這些系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，要嚴(yán)格按照電路圖所指示的回路進(jìn)行檢查。而檢查電氣回路的類別主要分為控制回路和動(dòng)力回路。

控制回路主要有測(cè)量、控制和反饋三種功能。測(cè)量功能主要是將各類型傳感器如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、位置、加速度、風(fēng)速、風(fēng)向、電壓、電流等信號(hào)轉(zhuǎn)換成特定范圍的電壓信號(hào)以供PLC卡件測(cè)量來(lái)判斷設(shè)備的工作狀態(tài)。傳感器的電壓一般較低，但是也有例外情況，如有些電壓互感器的電壓值就在230V，如不小心，會(huì)有觸電的危險(xiǎn)。這些測(cè)量信號(hào)有的是電壓信號(hào)，有的是電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。因此，檢查和更換傳感器時(shí)，要注意電流傳感器回路中的分壓電阻的好壞，更換新的傳感器后也要注意安裝正確的分壓電阻。

控制功能主要是由PLC卡件發(fā)出24V控制信號(hào)，用弱電控制接觸器吸合和斷開以實(shí)現(xiàn)接通或斷開動(dòng)力電源的目的，達(dá)到自動(dòng)啟停電氣設(shè)備的作用。接觸器常見(jiàn)的損壞形式有，觸頭粘連，電磁線圈失效等，其結(jié)果均造成不能有效控制電氣設(shè)備，直至設(shè)備狀態(tài)參數(shù)超出正常的范圍而被測(cè)量信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，報(bào)出故障。

反饋功能回路是對(duì)于一些帶有輔助觸點(diǎn)、漏電保護(hù)或過(guò)流保護(hù)的開關(guān)和接觸器，用來(lái)監(jiān)視、檢測(cè)這些設(shè)備的狀態(tài)，從而判定是否有過(guò)流、漏電等故障，這些信號(hào)一般是與PLC數(shù)字輸入的DI卡件形成的回路，通過(guò)常開、常閉邏輯判定被監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)。DI模塊及回路使用相同的0V和24V的直流電壓而不是動(dòng)力電壓380V，如當(dāng)空開跳開后，連帶的輔助開關(guān)也跳開了，PLC的DI模塊由閉合變成斷開，使PLC捕捉到這些信號(hào)，并報(bào)出故障。

動(dòng)力回路主要有三相回路和單相回路，單相電壓主要有230V和380V兩種。不論是檢查接觸器還是接線端子檢查，在檢修過(guò)程中都要注意斷電和驗(yàn)電的安全事項(xiàng)。同時(shí)在上電前要注意檢查設(shè)備的相間及對(duì)地絕緣狀況，以免上電出現(xiàn)短路，損壞設(shè)備。在電機(jī)維修后，還要驗(yàn)明相序是否正確，避免電機(jī)反轉(zhuǎn)。

電氣設(shè)備故障的檢查應(yīng)首先根據(jù)故障類型對(duì)照?qǐng)D紙找到相應(yīng)的電氣回路，觀察回路中有無(wú)明顯的故障現(xiàn)象，如跳閘、過(guò)熱、燒損或接線松脫等，以判定是否出現(xiàn)過(guò)流現(xiàn)象或電氣元件的機(jī)械零件失效，進(jìn)行更換。如沒(méi)有明顯故障現(xiàn)象，通過(guò)控制界面查看是哪個(gè)反饋信號(hào)或測(cè)量信號(hào)不正常，檢查對(duì)應(yīng)的設(shè)備工作狀態(tài)是否存在問(wèn)題。如設(shè)備狀態(tài)正常且無(wú)損壞，檢查測(cè)量回路和反饋回路是否正常。如無(wú)問(wèn)題，檢查控制回路及控制元件，之后是動(dòng)力回路和電氣設(shè)備。按照上述檢測(cè)方法，不但使檢查思路變得較為清晰，同時(shí)也加深了新員工對(duì)控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著風(fēng)電機(jī)組的不斷發(fā)展，機(jī)組的故障診斷技術(shù)也在不斷發(fā)展，各種診斷技術(shù)的相互融合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)是保證故障診斷準(zhǔn)確有效的方向，成熟良好的診斷技術(shù)應(yīng)用在風(fēng)電機(jī)組中，必將推動(dòng)風(fēng)電事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]葉杭冶.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)測(cè)與控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]姚興佳，宋俊.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組原理與應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[3]王仲生.智能故障診斷與容錯(cuò)控制[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

[責(zé)任編輯：鄧麗麗]