淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行與維護(hù)

李佳軒

中車蘭州機(jī)車有限公司玉門風(fēng)電分公司

淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行與維護(hù)

李佳軒

中車蘭州機(jī)車有限公司玉門風(fēng)電分公司

前言：

風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的流體機(jī)械。作為綠色能源，風(fēng)能的發(fā)展前景廣闊，今后必將取代傳統(tǒng)高污染發(fā)電方式而占據(jù)電力行業(yè)的主導(dǎo)地位。今年“兩會(huì)”期間，國務(wù)院總理李克強(qiáng)在政府工作報(bào)告中提出要加快推進(jìn)可再生能源并網(wǎng)。然而，面對(duì)日益增加的裝機(jī)容量，風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)成了運(yùn)營企業(yè)面臨的難題，為了延長風(fēng)電設(shè)備的使用壽命，就必須對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的維護(hù)。本文以某風(fēng)場1500型雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，通過對(duì)日常維護(hù)工作尤其是頻繁出現(xiàn)故障的分析和統(tǒng)計(jì)，談?wù)劚救藢?duì)提升風(fēng)機(jī)運(yùn)維質(zhì)量的看法。

一、主要結(jié)構(gòu)及原理

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由大部件和控制系統(tǒng)組成，大部件包括葉片、輪轂、齒輪箱、發(fā)電機(jī)；控制系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)主控制系統(tǒng)、變頻器控制系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)。

其中，葉片利用夾角的改變獲取風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，帶動(dòng)低速軸旋轉(zhuǎn)，齒輪箱將轉(zhuǎn)速放大，通過高速軸傳遞到發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)速大于切入風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)各系統(tǒng)檢測正常，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸增加，達(dá)到并網(wǎng)轉(zhuǎn)速1300r/min時(shí)主控系統(tǒng)發(fā)出指令到變頻器，變頻器開關(guān)吸合，給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)送入勵(lì)磁電流，并通過調(diào)整該勵(lì)磁電流參數(shù)達(dá)到并網(wǎng)的要求，在這個(gè)過程中，風(fēng)機(jī)始終需要電網(wǎng)經(jīng)過箱式變壓器提供690V電源，以供控制系統(tǒng)工作。如果電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到1300r/ min以下或是需要停機(jī)時(shí)，主控系統(tǒng)就將斷開并網(wǎng)開關(guān)的信號(hào)傳遞給變頻器，變頻器控制系統(tǒng)則使電網(wǎng)斷開，葉片角度回到停機(jī)位置。

二、維護(hù)工作

作為一種高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置，風(fēng)電機(jī)組長年累月承受著葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動(dòng)載荷，這就需要定期檢查風(fēng)機(jī)，提前發(fā)現(xiàn)并解決問題。巡檢的周期和內(nèi)容按相關(guān)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)規(guī)范執(zhí)行，通常兩到三個(gè)月完成一次巡檢，而每隔六個(gè)月或一年則需進(jìn)行定檢，即對(duì)風(fēng)機(jī)包括連接螺栓在內(nèi)的項(xiàng)目進(jìn)行全面檢查。

2.1巡檢及定檢

2.1.1 塔筒及攀爬

塔筒門：主要檢查塔筒門密封與塔筒門鎖。其中塔筒門密封標(biāo)準(zhǔn)為關(guān)閉有無縫隙，密封膠條有無脫落；塔筒門鎖標(biāo)準(zhǔn)為鎖具有無卡塞。

滅火器：主要檢查壓力值，內(nèi)容為目測與是否欠壓。

基礎(chǔ)環(huán)：主要檢查表面，進(jìn)行目測、查看有無裂紋、腐蝕

塔筒連接螺栓：主要檢查基礎(chǔ)環(huán)-下段塔筒連接、下段塔筒—中段塔筒、中段塔筒—上段塔筒、上段塔筒-機(jī)艙。檢查標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)廠家選擇。

爬梯連接：主要檢查連接板，查看是否缺失、有無錯(cuò)位。

助爬器：主要檢查電機(jī)，查看運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常。

提升機(jī)及附件：主要檢查鏈條/鋼絲繩以及電源線插頭。其中鏈條/鋼絲繩查看是否有卡滯，電源線插頭查看有無損壞。

照明系統(tǒng)：主要檢查照明燈、應(yīng)急燈，進(jìn)行目測，查看是否正常工作

2.1.2輪轂

(見表1)

2.2故障處理

之前提到風(fēng)機(jī)發(fā)電的前提是各系統(tǒng)檢測正常，因此要想提高風(fēng)機(jī)可利用率，延長元器件壽命，就要將故障處理作為維護(hù)工作的重點(diǎn)。故障發(fā)生的原因大致包括電網(wǎng)原因、維護(hù)原因和天氣原因。

2.2.1電網(wǎng)原因

當(dāng)35KV供電線路保險(xiǎn)跌落造成短路時(shí)，瞬間產(chǎn)生的過載電流會(huì)導(dǎo)致機(jī)艙控制系統(tǒng)相關(guān)斷路器斷開而引發(fā)故障。

另一方面，電網(wǎng)如果長時(shí)間停電，在此期間風(fēng)機(jī)內(nèi)部元器件因?yàn)樵O(shè)置了低電壓穿越功能會(huì)嚴(yán)重饋電，而此時(shí)電池柜已無法向230V供電電源充電，所以當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電后，230V電源就不能為PLC提供電能，機(jī)艙控制系統(tǒng)不工作即導(dǎo)致無通訊故障。此外，如果塔基溫度達(dá)不到控制器設(shè)定的溫度值時(shí)也會(huì)造成無通訊故障，冬季易頻報(bào)。

應(yīng)對(duì)該類常見且多發(fā)故障，除了保證電池電壓達(dá)到額定值外，對(duì)230V輔助供電設(shè)備也要維護(hù)到位，每次巡檢時(shí)須根據(jù)其使用說明書進(jìn)行測試。

2.2.2維護(hù)原因

維護(hù)原因?qū)е碌墓收鲜怯捎谙薰β?、元器件老化、線路虛接或損壞這三大方面所引發(fā)。以下是常見故障的產(chǎn)生原因及其處理預(yù)防措施。

(1)主控制系統(tǒng)

以發(fā)電機(jī)與輪轂轉(zhuǎn)速差過小故障為例，這是主控制系統(tǒng)引起的缺陷，機(jī)艙P(yáng)LC通過超速脫口裝置(Turck)檢測輪轂與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速差，這個(gè)值需要保持在一定范圍內(nèi)，否則會(huì)對(duì)軸承造成損害，通常該故障是由Turck本身問題引起的，另外，機(jī)械原因也會(huì)造成該故障，機(jī)艙檢測輪轂轉(zhuǎn)速信號(hào)是通過滑環(huán)及其編碼器線，滑環(huán)由支撐桿與輪轂相連，角度呈90°，當(dāng)支撐桿連接螺栓松動(dòng)或出現(xiàn)斷裂時(shí)滑環(huán)就會(huì)空轉(zhuǎn)，導(dǎo)致Turck檢測不到輪轂信號(hào)，造成故障并停機(jī)。

再如柜體溫度過高故障，它是由于溫度傳感器到主PLC輸入端口線路損壞或PLC模塊負(fù)極底座損壞造成電流過大所致，通常后者發(fā)生的概率較大，需緊固負(fù)極接線。

(2)變槳控制系統(tǒng)

風(fēng)機(jī)輪轂屬于轉(zhuǎn)動(dòng)部件，每時(shí)每刻都會(huì)受到來自葉片的轉(zhuǎn)矩，因此故障較為頻發(fā)，常見的有輪轂驅(qū)動(dòng)故障。

輪轂通過滑環(huán)接收來自機(jī)艙控制系統(tǒng)的信號(hào)與供電，再經(jīng)輪轂柜驅(qū)動(dòng)變槳電機(jī)工作，每個(gè)輪轂柜控制一個(gè)葉片，信號(hào)的處理需通過變槳變頻器來實(shí)現(xiàn)，而該過程又要經(jīng)過斬波器進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)變槳變頻器內(nèi)部出現(xiàn)損壞時(shí)，信號(hào)就不能繼續(xù)傳遞，有時(shí)接觸器故障也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)中斷，最常用的判斷方法就是斷電后再送電觀察接觸器是否吸合，或測量電阻，當(dāng)電阻無窮大時(shí)就證明已經(jīng)損壞。

表1

另外，如果斬波器出現(xiàn)問題會(huì)導(dǎo)致電流過大，燒壞保險(xiǎn)，使線路斷開引發(fā)故障。這里經(jīng)常要用到控制變量的方法，當(dāng)無法確定故障點(diǎn)時(shí)，可將該部件安裝到正常輪轂柜內(nèi)觀察運(yùn)行情況，再根據(jù)故障代碼判斷損壞與否，例如：三個(gè)輪轂柜編號(hào)分別為1、2、3號(hào)，所報(bào)故障代號(hào)即為11、21、31，更換后故障代碼即發(fā)生改變，由此可找到故障點(diǎn)。

(3)變頻器控制系統(tǒng)

變頻器通過硬件和軟件分別對(duì)發(fā)電機(jī)、變槳系統(tǒng)、偏航角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及控制風(fēng)機(jī)并網(wǎng)。以變頻器未同步故障為例，限制功率時(shí)，由于風(fēng)機(jī)之間通過環(huán)網(wǎng)連接，后運(yùn)行的風(fēng)機(jī)功率會(huì)被限制到額定功率以下，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)功率過低，此時(shí)發(fā)電機(jī)側(cè)變頻器就會(huì)檢測到與發(fā)電機(jī)不同步而報(bào)出該故障。另外，在并網(wǎng)過程中，只有定子接觸器閉合，定子電壓幅值、相位、頻率與電網(wǎng)一致才能發(fā)電，所以定子接觸器損壞也會(huì)造成不同步。

2.2.3天氣原因

在氣候干燥的地區(qū)，沙土塵埃常年累月的堆積在齒輪箱油冷散熱器內(nèi)會(huì)使齒輪箱油無法及時(shí)散熱而出現(xiàn)限功問題，影響發(fā)電，這就需要及時(shí)清洗散熱器，此外，雷擊產(chǎn)生瞬時(shí)強(qiáng)大的電流同樣會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)造成損害，所以防雷系統(tǒng)可靠性不容忽視。

以上就是一些典型故障的產(chǎn)生原因和排除方法，因此，風(fēng)機(jī)上的線路、元器件都需及時(shí)檢查，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)或異常要及時(shí)緊固，元器件損壞的也應(yīng)盡快更換，不能讓風(fēng)機(jī)帶病運(yùn)行。

三、閉環(huán)過程

任何一支售后服務(wù)團(tuán)隊(duì)背后都需要強(qiáng)有力的技術(shù)支持和物資供應(yīng)做支撐，方可保證維護(hù)工作順利進(jìn)。首先，現(xiàn)場人員對(duì)風(fēng)機(jī)信息記錄需準(zhǔn)確可靠，嚴(yán)格依據(jù)圖紙和技術(shù)文件判斷發(fā)生故障的原因，反復(fù)觀察對(duì)比正常運(yùn)行的風(fēng)機(jī)，不能憑經(jīng)驗(yàn)下結(jié)論。

當(dāng)現(xiàn)場提供反饋信息后，由公司相關(guān)部門準(zhǔn)備需要更換的物料，這就需要及時(shí)有效的配合，確保物料如期發(fā)往現(xiàn)場，盡量縮短停機(jī)時(shí)間，以保證與之相關(guān)部件正常運(yùn)行。如果遇到較為復(fù)雜的問題時(shí)，現(xiàn)場無法判斷故障發(fā)生原因，就馬上發(fā)起技術(shù)支持，由公司協(xié)助售后團(tuán)隊(duì)共同解決。

物料到場完成更換并排除故障后，應(yīng)定期檢查新部件運(yùn)行情況，記錄告警信息，直到再無同類故障報(bào)出，并將此次故障處理經(jīng)過及原因分析記錄作為風(fēng)機(jī)檔案保存，為后續(xù)維護(hù)提供依據(jù)。

四、結(jié)論

無論是雙饋異步型還是直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，都需要及時(shí)維護(hù)，只有不斷對(duì)比和摸索，在原有技術(shù)規(guī)程的基礎(chǔ)上總結(jié)和提高，嚴(yán)禁憑經(jīng)驗(yàn)操作，這樣才能真正掌握風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行原理，根據(jù)實(shí)際情況制定合理的維護(hù)計(jì)劃。既然安全事故可以杜絕，那么能夠?qū)е嘛L(fēng)機(jī)停機(jī)的故障也可以在工程技術(shù)人員的不懈努力下預(yù)防其發(fā)生，風(fēng)機(jī)的可利用率方能提高，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)才會(huì)逐漸成熟，造福人類。

[1]《風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》(西北工業(yè)大學(xué)出版社 ) 廖明夫 等編著2009年3月出版；

[2]《新能源》(東南大學(xué)出版社)張志軍 著2012年10月出版；

[3]《風(fēng)力發(fā)電原理》(機(jī)械工業(yè)出版社)吳雙群 趙丹平 著2011年10月出版；

[4]《風(fēng)能與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)》(化學(xué)工業(yè)出版社)劉萬琨 等著2007年1月出版。