風力發電機故障統計與分析

陳超

摘 要：本文以大唐寶豐紅石山風場的許繼WT2000雙饋異步風力發電機組為研究對象，針對風機常見的變槳故障、冷卻故障、通訊故障、變頻故障、齒輪箱故障和偏航故障6種常見故障類型進行統計分析，闡述故障的處理方法，然后對風機頻發的故障進行解析，為今后風機的故障監測提供重心和依據。

關鍵詞：風力發電；故障；原因；預防

中圖分類號：TM315；TM307.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）07-0059-02

Fault Statistics and Analysis of Wind Turbine Generator

CHEN Chao

（Datang Henan Clean Energy Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450018）

Abstract： In this paper， the XJ WT2000 in Datang Baofeng Hongshishan wind DFIG as the research object， according to the common fan blade failure， cooling failure， communication failure， fault frequency， gearbox fault and yaw fault 6 common fault types were analyzed， elaborated the fault handling method， then the fault of the wind for frequent analysis， provided the basis for future fault monitoring center of gravity and wind turbine.

Keywords： wind power generation；failure；cause；prevention

隨著對不可再生資源及環境保護的重視，風力發電漸漸成為城區供電的主力軍。為了充分利用風能，不同型號不同能效的風力機組逐漸成型，風力發電技術也日漸趨于成熟。但是，受市場高速發展以及不同區域風能地形差異的影響，風力發電機組的可利用率并不是十分理想，監控系統有待優化。本文對特定風場特定機型的采集數據進行統計分析，從而找出風機較常見的幾個故障，并提出對應的解決方法，為今后風機的故障監測提供依據。

1 風場環境及發電機組介紹

大唐寶豐紅石山風電場主要分布于寶豐一帶的山脊，海拔高度約420～700m，地勢北高南低，具備運輸和安裝兆瓦級以上風電機組設備的能力。風電場70～80m高度年平均風速為6.3m/s，年平均風功率密度為266W/m2，風功率密度等級為2級。共安裝23臺2MW許繼風力發電機組，風力發電機組出口電壓為690V，每臺風機配套一臺35/0.69kV箱式變壓器。許繼WT2000雙饋異步風力發電機組采用三葉片、齒輪箱、雙饋異步發電機、并網額定功率為2 000kW的總體設計方案，WT2000/116機組的風輪直徑為116m。WT2000/116采用變速運行的方式，以便在不同風速下能獲得最優的氣動效率，從而提高風能的利用效率。WT2000/116風力發電機組采用主動變槳系統。該系統允許風機根據風速的變化來調節輸入功率，當風速超過額定風速時，變槳系統能通過改變葉片的槳距角來限制風輪吸收的功率，使之控制在額定范圍內，且三個葉片能相互獨立地變槳，其也是風機的氣動剎車系統。

2 風機常見故障類型

以內陸的風力發電機組為例，風機多處于地域偏遠、自然天氣環境惡劣的山區之中，風速與風向一般具有頻繁變化的隨機性，這就導致風機經常會遭受很多較為特殊的不可抗力，對機組本身造成一定傷害，從而影響風機的可利用率。常見的故障類型主要有變槳故障、變頻故障、冷卻故障、通訊故障、齒輪箱故障和偏航故障。

2.1 變槳故障

變槳控制系統通過改變葉片與風向的迎角，實現功率變化來進行調節的。通過在葉片和輪轂之間安裝的變槳驅動電機帶動回轉軸承轉動，從而改變葉片迎角，進而控制葉片的升力，以達到控制作用在風輪葉片上的扭矩和功率的目的。變槳驅動故障可以分為機械故障和電氣故障。故障檢查前，應首先查看故障記錄，確定故障時變槳電機扭矩，判斷故障產生的原因。若變槳電機扭矩偏大，一般為機械故障。針對這種故障，可通過更換剎車供電電源、變槳驅動、變槳電機，檢查變槳軸承和變槳減速機來解決。若變槳扭矩不是特別大，一般是電氣類問題。這類故障處理方法為：①排查變槳驅動相關線路的插頭是否松動，若松動，重緊固插頭；②更換變槳變頻器或變槳電機。

2.2 變頻故障

變流器由網側變換器（LSC）、電機側變換器（GSC）、定子側斷路器、軟啟電路、濾波電路、轉子過載泄放回路和防雷設備等組成，是風機工作的核心組件[1]。變流器常出現的故障有兩個：柜內線路干擾和單相過流故障。線路干擾故障可能是由變流器內部存在干擾引起的，故障頻率較小。解決此類故障的措施是將機側高壓采集板控制線路和高電壓線路分開，重新排布線路。過流問題包括發電機滑環問題、IGBT問題和690V電纜損壞等幾種情況。對于這類故障，以現場排查情況為準，更換或修復相應元件。

2.3 冷卻故障

冷卻系統是WT2000風力發電機組的重要子系統之一，利用液體或氣體介質在機組內部的流動將內部工作摩擦造成的多余熱量帶走，以保障風力發電機組在正常溫度條件下運行。冷卻系統故障主要表現為水溫過高、水溫過低、冷卻液泄漏、節溫器損壞、冷卻液消耗異常、發動機過熱、發動機工作溫度過低等。

2.4 通訊故障

通訊系統對風力發電機組正常運行起著重要作用。通訊問題包含塔基和機艙通訊問題、主控和變流通訊問題、變流通訊板問題等。其中，塔基與機艙的通訊故障需要分兩種情況考慮，首先可以初步判斷為光纖損壞，在把通訊光釬更換為備用光纖后，若仍無通訊，且通訊模塊上指示燈顯示不正常，可斷定PLC通訊模塊損壞，更換損壞的光纖或模塊即可消除故障。

2.5 齒輪箱故障

齒輪箱常見故障有：齒輪箱油槽、軸承溫度高，過濾器堵塞，齒輪箱潤滑油位低，傳感器損壞或線路虛接等。齒輪箱油槽或軸承溫度高多是由冷散熱系統不暢和測溫元器件損壞導致測溫不準等引起的。過濾器堵塞可通過入油口面板和機械表壓力值、油泵壓力值判斷。當發生齒輪箱潤滑油位低的故障時，通過添加油脂即可消除告警，但若是告警頻發，就需要檢查是否存在漏油點。若存在漏油點，要先堵漏，再補油。

2.6 偏航故障

偏航系統是風力發電機機艙的一部分，其作用在于當風速矢量的方向變化時，能快速平穩地對準風向，以便風輪獲得最大的風能。偏航系統由偏航驅動、偏航電機、偏航減速器、偏航軸承、偏航剎車盤、偏航制動器、偏航控制器和風速風向儀組成。多部件的構成使得任何部件損壞都會造成偏航動作的故障告警。其中，剎車反饋不正常和偏航電機過載問題是最為常見的兩個故障。剎車反饋不正常發生時，應首先檢查觸點與偏航驅動器，若反饋觸點調整不到位造成PLC接收不到反饋信號，要重新調節偏航電機內部的頂桿螺栓；驅動器故障也會導致剎車不靈，此時應更換剎車回路損壞器件或更換電機。偏航電機過載問題主要是由偏航電機剎車未打開、電機損壞、電機剎車片及偏航減速箱損壞等引起的。這類故障則需要通過更換電機來解決。

3 故障數據統計分析

本文以大唐河南清潔能源紅石山風電場半年的生產數據為例，給出了許繼WT2000雙饋異步風力發電機組各項故障發生的次數（見表1）。

從表2可以看出：發生次數最少的故障是冷卻故障，且集中在1月。這是因為1月份是山里溫度最低的時刻，而外部溫度的降低會引起風機的水冷系統故障，致使水冷壓力過低。當系統檢測壓力值低于設定的告警值時，風機就會告警停機。

4 結語

本文分析了風機的常見故障，并根據具體采集的風場數據，分析對比了各類故障的發生頻率，為風機的信號監控提供了具體方向和重心。由于采集的是特定風場的數據，并非包含全年所有天氣狀況，具有地域和風能質量的局限性。

參考文獻：

[1]張保會，王進，李光輝，等.風力發電機集團式接入電力系統的故障特征分析[J].電網技術，2012（7）：176-183.