風場MY2.0MW風力發電機組變槳系統故障分析及處理方法

塔瑪沙·塔布斯別克

摘要：隨著我國風電產業和科學技術的不斷發展，越來越多的風電項目并網發電，風機運行可靠性與穩定性對風電企業的重要性越來越備受關注。此畢業設計通過總結河北尚義王悅梁風電場明陽MY2.0MW風機變槳系統故障處理的實際經驗，闡述了明陽2.0MW風力發電機組變槳系統的構成、作用、和變槳角度差異產生的故障，并針對這些故障提出相應的處理措施。

關鍵詞：風電機組；變槳系統；構成；作用；故障處理；

隨著風電技術的不斷成熟與發展，變槳控制技術即能提高風力發電機組運行的可靠性，又能保證高的風能利用系數和不斷優化的輸出功率曲線。然而變槳控制系統在實際運行中也出現了諸多問題。河北尚義王悅梁風電場常年風頻變化較快、夏季高溫及冬季嚴寒、所使用的明陽MY2.0MW型風力發電機組在實際運行中出現變槳系統一系列故障，導致風機大規模的停機，直接影響了風電場的發電量和經濟效益，解決此類問題迫在眉睫。

一、變槳系統的工作原理和結構

變槳系統的所有的部件都裝配在輪轂中（如圖2-1）風機正常運行時所有部件都隨輪轂以一定的速度旋轉。

變槳系統是一種風力發電機葉片調節裝置。通過調節槳葉的節距角使葉片受風角度發生變化來迎合風速變化，從而在低風速能夠充分利用風能具有較好的氣動輸出性能。在高風速時又通過改變槳距角來降低葉片的氣動性，使葉片輸出功率降低達到調速限功的目的。

（一）變槳系統的工作原理

變槳系統根據風速大小自動進行調整葉片與風向的夾角，使葉片攻角在一定范圍內變化（正常運行0°～90°）實現風輪對風力發電機有一個恒定轉速；使葉片攻角在一定范圍內變化；在機組出現故障時，先使葉片順槳，以保證安全可靠停機。

（二）變槳系統的基本結構

1、變槳系統的組成

變槳系統由1個中控箱，3個軸箱組成。軸箱連接一臺電機，每個槳葉匹配兩個限位開關和可選編碼器（如表2-1）。

2、變槳系統各部件連接圖

變槳系統各部件通過電纜連接，每個軸箱與中控箱通過連接線纜和連接器連接。軸箱與電機、編碼器、限位開關連接。電機和編碼器分別通過線纜和連接器與軸箱進行連接。

（1）變槳電機：變槳系統包括三個三相交流異步電機，正常運行時機受軸箱PMC（額定電壓為560V DC的變流器）控制轉動。

備用電池：在供電故障或緊急順槳的情況下，電池可提供電控制每個葉片旋轉到順槳位置。

（2）機械限位開關：分為91度限位開關和95度限位開關。

（3）冗余編碼器：將檢測得到的位置或速度信號傳入，如果與旋變的信號相差過大，就會報警。

（4）中控箱：葉片角度的控制和與滑環之間控制信號的傳輸。

（5）軸控箱：每個葉片配有一個軸控箱，箱變的變流器控制變槳電機的速度和方向。

二、MY2.0MW風機變槳系統故障分析與處理方法

（一）變槳系統故障分析

主要目的：最直接的目的就是解決故障，恢復風機運行。更重要的是杜絕同類故障再次發生，提出改進或優化建議。

機組故障的處理過程：故障信息的獲取、故障信息的篩選、分析可能故障點、確認真正故障點、問題解決與機組恢復運行及故障處理報告與記錄；

故障信息獲取的途徑：機組故障信息、輔助信息與其它信息。機組故障信息途徑取從人機界面的子界面查看各部件顯示的運行狀態以及現場登機檢查各部件真實的運行狀態；

輔助信息：包括機組配置、運行階段、自然環境以及供電環境。機組配置如塔高、葉片長度、各部件類型廠家等。運行階段包括吊裝、調試及運維三大階段。自然環境是指風機所處的是低溫、高溫、高原或超1類等自然環境。供電環境一般采用外部電源臨時供電、農網、限電等；

其他信息：此故障是否首次出現，有無類似現象、個性問題還是共性問題。之前是否有人來處理，處理的過程及現象，機組是否存在帶故障運行與其它異常信息。

（二）變槳系統故障處理方法

1、變槳角度故障

槳葉1變槳角度有差異

槳葉2變槳角度有差異

槳葉3變槳角度有差異

故障原因：由變槳電機上的旋轉編碼器（A編碼器）收集槳葉角度與角度計數器（B編碼器）收集的槳葉角度作對比，兩者相差過大將會觸發故障。

工具準備：萬用表、小一字螺絲刀、38件套

處理方法：

1、度計數器（B編碼器）是機械凸輪結構，與葉片的變槳齒輪嚙合，精度不高且會不斷磨損，在有大晃動時有可能產生較大偏差，因此先復位，排除故障的偶然因素；

2、當主控頁面反復報此故障，進入輪轂檢查A、B編碼器，首先檢查編碼器接線與插頭是否松動，若插頭松動，擰緊后可以手動變槳觀察編碼器數值的變化是否一致，若有數值不變或無規律變化，檢查連接線是否有斷線的情況。編碼器連接線機械強度相對低，在輪轂旋轉時，有可能與插針分離，或者線芯在半斷半合的狀態，這時雖然可復位，但轉速一高，松動達到一定程度信號就無法傳遞，因此可用手搖動連接線和插頭，若發現在晃動過程中顯示器數值在跳變，可拔下插頭用萬用表測通斷，有不通的和時通時斷的，要進行處理，可重做插針或接線，如不能處理可更換連接線。排除這兩點仍然報故障，編碼器本體可能損壞，更換即可。由于偏航計數器的凸輪結構脆弱，在旋轉過程中可能出現破損，因此對凸輪也進行檢查。

2、槳葉91°限位觸發故障

槳葉一91°限位開關觸發

槳葉二91°限位開關觸發

槳葉二91°限位開關觸發

故障原因：葉片限位開關設定觸發角度為91°，當觸發的角度與葉片設定值有偏差主控系統將會報此故障（如圖3-3）。

工具準備：活動扳手、小一字、12件套 。

處理方法：

1、檢查槳葉內有無異物觸碰限位開關；

2、檢查葉片角度實際位置。限位開關長時間運行后會松動，導致凸齒與限位開關相撞時的角度偏大，此時需要兩人進入輪轂，一人進入葉片進行機械調整，一人在中控器上微調葉片角度，觀察到達限位的角度，然后參考這個角度將限位開關位置重新調整到剛好能觸發時，在中控器上將角度調回91°。限位開關是由螺栓擰緊固定在輪轂上（右圖所示），調整時可用活動扳手或叉形扳手。

參考文獻

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[4]紀志帥，勞德洪.風電場運維與風力發電機維護及保養[M].機械工業出版社，2016.

（作者單位：江蘇師范大學）