風力發電機組電氣與控制系統快速檢修思路探索

吳永強

【摘 要】風電機組檢修是發電設備管理中必不可少的一環，筆者結合現場工作經驗，闡述了對機組控制系統、電氣系統故障檢查工作的思路，并進行了歸納和總結，為風電場檢修新員工快速理解風電機組功能原理，掌握設備檢修方法提供了參考。

【關鍵詞】風電機組；設備檢修；電氣檢修；控制系統；故障診斷；風力發電；清潔能源

0 引言

在風電場組建檢修隊伍開始，往往不乏剛從學校走向崗位的畢業生，沒有見過風電設備，同時更不具備對設備的檢修經驗。如何在短期內完成對新員工的安全和檢修技能培訓，使其短時間內具備分析故障、處理故障的能力，是擺在檢修部門面前的一道難題。由于新機組運行較穩定，故障率較低，除了在實習期內由師傅帶徒弟上機維護外，基本沒有更好的辦法讓新員工快速積累檢修經驗。

因此，為解決這個問題，檢修部門往往編制出自己的檢修作業指導書或故障處理手冊，檢修班長也需要將自己的檢修經驗的精華總結出來，從理論上向新員工進行灌輸。但是只有文字、圖片還是不夠的，為提高新員工的實際操作水平，筆者認為在保證安全的情況下，設置一些故障讓新員工進行實際操作，是十分有必要的，并且，應將設備檢修過程條理化。本文主要從控制系統、電氣系統闡述給新員工進行故障分析和實際操作培訓的一些思路，使其建立對設備功能的系統認識和檢修操作能力。

1 風電機組電氣和控制系統檢修的總體框架

控制系統是風電機組的大腦和神經，感知和控制風電機組所有系統的設備，并使其正常運行。

風電機組控制系統主要由PLC主機，PLC通訊模塊，安全鏈模塊、數字輸入DI、數字輸出DO模塊和模擬輸入模塊AI等專用模塊組成。通信模塊通過某種通訊協議將PLC主機的指令和設備狀態信息進行傳輸，使相應的電氣設備工作在要求的狀態下。

風電機組安全鏈回路是保障機組安全運行的重要回路，由多個節點采取串聯回路連接而成，只要回路中有一個節點斷開，安全鏈便發出指令讓風電機組馬上緊急停機，避免發生安全事故，從邏輯上看，安全鏈的各個環節是邏輯與的關系，只有安全鏈各個邏輯量是1，機組才允許正常運行。安全鏈回路監控的項目有：超速，振動，變槳，偏航扭纜，緊急停機按鈕，PLC主機等。

在風電機組報故障后，現場檢查的方法往往是頭痛醫頭腳痛醫腳，沒有對設備進行系統的檢查。對于新員工來說，對設備的認知也經常是局部的，沒有連貫性和系統性的認識。同時，故障報警列表中，往往不能直觀看出故障的先后順序，且故障總數有時可能達到5～10條，如此情況對于新員工來說，無疑加大了學習和實踐的難度。為使其系統化的理解和扎實的掌握檢修技能，根據現場的檢修經驗，總結出如下的檢修思路。

2 風電機組電氣和控制系統檢修的具體步驟

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。通過檢查操作界面，確認PLC的軟件版本、工作狀態是否正確，不存在死機的現象。之后，外部檢查PLC的狀態顯示是否正常，同時感知PLC外殼，確定設備工作沒有過熱現象。

2.2 通訊檢查

PLC工作正常后第二步檢查通訊功能，如果控制系統通訊存在問題，則風電機組所有的設備狀態包括安全鏈的信號都無法檢測到。通訊模塊檢查項目主要包括：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，通訊光纖的信號強度是否充足，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。根據風電機組的控制邏輯，如果安全鏈回路不閉合，機組的主要設備都是不能開始工作的。安全連回路檢查流程中，首先要確認安全鏈模塊的工作狀態正常，安全鏈的軟件工作正常，如果安全鏈模塊已經發生損壞，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，在根據電路圖紙接線原理，根據回路檢查各安全節點的功能是否正常，檢查過程中要分清故障原因。有的情況是安全鏈信號傳輸過程中存在干擾或故障，而非發生了不安全事件。而有的故障原因是設備運行狀態確實達到了觸發安全報警的極限。如發生了嚴重的扭纜狀態，機艙振動超限等。當所有安全連回路閉合，且狀態正常后，主設備開始工作，之后就可以進行各分系統的檢查和故障排除。

2.4 各分系統設備檢查

風電機組各分系統設備包括變槳系統、偏航系統、液壓系統、潤滑系統、冷卻系統等。在檢查這些系統設備時，要嚴格按照電路圖所指示的回路進行檢查。而檢查電氣回路的類別主要分為控制回路和動力回路。

控制回路主要有測量、控制和反饋三種功能。測量功能主要是將各類型傳感器如溫度、壓力、轉速、位置、加速度、風速、風向、電壓、電流等信號轉換成特定范圍的電壓信號以供PLC卡件測量來判斷設備的工作狀態。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，會有觸電的危險。這些測量信號有的是電壓信號，有的是電流信號轉換成電壓信號。因此，檢查和更換傳感器時，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卡件發出24V控制信號，用弱電控制接觸器吸合和斷開以實現接通或斷開動力電源的目的，達到自動啟停電氣設備的作用。接觸器常見的損壞形式有，觸頭粘連，電磁線圈失效等，其結果均造成不能有效控制電氣設備，直至設備狀態參數超出正常的范圍而被測量信號檢測出來，報出故障。

反饋功能回路是對于一些帶有輔助觸點、漏電保護或過流保護的開關和接觸器，用來監視、檢測這些設備的狀態，從而判定是否有過流、漏電等故障，這些信號一般是與PLC數字輸入的DI卡件形成的回路，通過常開、常閉邏輯判定被監控設備的工作狀態。DI模塊及回路使用相同的0V和24V的直流電壓而不是動力電壓380V，如當空開跳開后，連帶的輔助開關也跳開了，PLC的DI模塊由閉合變成斷開，使PLC捕捉到這些信號，并報出故障。

動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，在檢修過程中都要注意斷電和驗電的安全事項。同時在上電前要注意檢查設備的相間及對地絕緣狀況，以免上電出現短路，損壞設備。在電機維修后，還要驗明相序是否正確，避免電機反轉。

電氣設備故障的檢查應首先根據故障類型對照圖紙找到相應的電氣回路，觀察回路中有無明顯的故障現象，如跳閘、過熱、燒損或接線松脫等，以判定是否出現過流現象或電氣元件的機械零件失效，進行更換。如沒有明顯故障現象，通過控制界面查看是哪個反饋信號或測量信號不正常，檢查對應的設備工作狀態是否存在問題。如設備狀態正常且無損壞，檢查測量回路和反饋回路是否正常。如無問題，檢查控制回路及控制元件，之后是動力回路和電氣設備。按照上述檢測方法，不但使檢查思路變得較為清晰，同時也加深了新員工對控制系統和電氣系統的認識。

3 結束語

總之，隨著風電機組的不斷發展，機組的故障診斷技術也在不斷發展，各種診斷技術的相互融合，優勢互補是保證故障診斷準確有效的方向，成熟良好的診斷技術應用在風電機組中，必將推動風電事業的進一步發展。

【參考文獻】

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[責任編輯：鄧麗麗]