風電場電氣設備中風力發電機的運行維護策略

文/張媛

風電場電氣設備是由風力發電機組、箱式變壓器、集電線路、主變壓器以及配套的控制設備、無功補償設備。目前我國主要的任務就是對這些構成設備進行管理與維護，風電場電氣設備某些環節容易出現故障，比如機械摩擦過熱、葉片損壞、齒輪故障、變壓器故障等情況，這些都是風場電氣設備中的常見問題。做好常見問題的維護與保養，將有效延長風電場電氣設備的使用壽命，減少運行成本，提高經濟效益。

1 風場電氣設備中風力發電機的運行維護現狀

1.1 電壓問題

在35kV 電壓下，繼電保護的瞬時過一流一段、過流二段、過流三段、零序過流一段、零序過流二段、零序過流三段、母線差動等保護有很大的問題，在過電瞬間如果出現了弧光短路時容易構成閉合回路，這種閉合電路會造成線路的短路，短時間內的短路會燒壞線路，繼電保護組在短時間內未發生保護作用，在短時間內可能產生線路起火、爆炸等情況。弧光短路簡單來說就是空氣變成了通電的導體，造成線路短路，溫度過高。短路原因有很多，一些是自然因素造成的，另外一些是人為因素造成的。自然因素如動物啃咬、長期的電化學腐蝕導致絕緣材料破損，環境潮濕降低了材料絕緣性能等；人為因素如日常維護檢查不到位，沒有幾時發現絕緣破損的地方，使用不合格的線路產品降低了材料的絕緣等級等。一般人為因素造成的短路原因居多。

1.2 齒輪故障

風電場電氣設備中的齒輪故障大部分是由人為疏忽因素造成的。如齒輪未定期檢查，齒輪中出現個別齒輪斷裂，降低了傳動性能，同時斷裂的齒輪也有可能出現卡槽的現象；齒輪中出現金屬腐蝕現象，在長期的運轉中，齒輪不斷被腐蝕磨損變得圓潤缺少，導致傳動滑失；未及時補充潤滑油或未定期更換潤滑油，或者使用劣質齒輪油，這些因素也容易造成齒輪故障。此外，齒面膠合也是齒輪運轉中容易發生的常見現象，齒輪在長期高溫運作下，齒輪間的潤滑油流失，在高溫高壓的狀態下，齒輪間會留下印跡，齒輪之間會相互“粘住”，印跡會破壞齒輪的形態，從而影響齒輪的運轉與傳遞。齒輪故障是造成較大故障的前兆，加強做好齒輪故障的檢修與防范，可以有效減少風電場電氣設備的故障發生率。

1.3 葉片磨損

葉片磨損的大多數原因可能來自于自然風或者陣風，自然風力會對較單薄的葉片邊緣形成一定的磨損。同時，機器運轉時，內部的震蕩也能引起葉片的磨損。根據以往的葉片磨損情況，可以大致推測葉片的磨損情況，再針對磨損情況進行葉片護理和換修。一般2年的葉片可能會出現膠衣磨損、移位、脫落的情況，第3年的時候，葉片不經修理會出現大量膠衣脫離的情況，膠衣飛離伸出時會逐漸產生較大的阻力，該阻力也會加劇葉片的磨損程度。到了第4年時，葉片的膠衣會完全掉落，葉片的防水防腐蝕功能會完全喪失，也不能起到很好的防止雷擊的作用。到第5,6年的時候，葉片已經嚴重損壞，在無人管理的情況下可能會因為其他誘發因素發生各種事故。

1.4 發電機故障問題

發電機機器設備可能存在交流器超負荷運行的狀態，在年久未更新的情況下容易造成機器超高溫、短路、超壓等情況，發電機組也很容易受電磁干擾。目前，發電機的設計也并未達到完全高效轉化能量的效果，發電機的葉片的長度和葉片的厚度可以影響發電機的工作效率和工作時長。葉片的材質也能夠影響能量轉化的效率。抗震防腐的材質能夠提高葉片的使用壽命。流暢科學的設計往往能夠減少風力的阻力，同時，維護發電機正常工作，需要耗費一定的人力和物力，在管理成本上會有一定的支出，這對風電場電氣發電系統的整體管理上帶來一定的壓力，部分風電場電氣發電的私人能源公司為了節約管理成本，時常不能定期對電氣組設備的日常檢修和查看。

2 風力發電運行管理機制中存在的問題

2.1 缺乏專業型人才

目前我國的風電場電氣設備相關專業人才較少，從事風力發電相關的技術工作人員基本為電氣、機械、熱能、自動控制等專業出身，而綜合性人才更是稀有難求。風電場電氣設備大多數在遠離市區的偏遠處，地理位置“與世隔絕”，逢年過節需要值班，進行機械設備的維護，部分相關專業畢業生由于難以忍受艱苦的工作環境而選擇離崗、轉崗，另外，由于部分初級技術工作人員的技術專業性不強，相應的工資待遇并不豐厚，也就造成了風力發電相關事業的人才流失率較高，人才上升的階梯比較陡峭，這對風電場電氣事業的發展具有很大的阻撓。

2.2 技術人員工作覺悟不高

由于涉及到機械、電路操作方面的問題，技術工作人員需要很強的安全意識，同時也應該具有嚴謹的工作作風，只有將工作的內容進行細致化、定期化，才能避免某些事故的發生，避免風力發電技術和設備在運用中產生不必要的損失。風電場電氣設備中的風力發電機器從設計、施工到安裝都需要嚴格按照規定執行，失之毫厘謬以千里，工作人員應該持以嚴謹的態度對待。在節假日期間應該安排工作人員進行輪班值崗，對于未能及時放假的工作人員應該給予人文關愛，技術維護人員崗位的新生力量比較薄弱，應該加強關于工作思想的培養，正確認識維護工作的職責，提高技術和設備維護人員的思想覺悟。定期對技術人員進行培訓，在不斷鞏固人員電氣設備運用與維護基礎知識的同時，讓其了解最前沿的技術方向，為后期技術升級做準備。

2.3 運行維護管理制度不完善

良好的制度是事物穩定發展的保障，同理，風電場電氣設備的運行維護也需要有一個好的制度作為支撐。然而，風電場電氣設備運行維護的現狀是管理松懈、制度欠缺。如，對于現行的運行與維護沒有一個完善的記錄體系，每一次維修過程無法做到及時記錄，各個維修時間點的記錄也都是混亂的，后面的維修人員無法查到前面人員的維修狀態，無法查找設備的故障記錄及相關處理措施。這給后期的維修人員帶來較大障礙，也無形中增加了不少工作量；另外，沒有一個維修體系可供參考，無法找準設備的最佳維護間隔期，過長或過短的維修保養間隔，既增加了設備運行的風險，又增加了維護保養成本；最后，維護管理制度的不完善也增加了部門領導管理工作的難度，管理人員無法明確維修人員工作是否到位，沒有一個制度作為依托，工作界定也就很模糊，運行設備狀況的好壞無法歸責于工作人員工作的到位與否，從而也就無法做到獎懲分明。

2.4 風電場電氣設備管理維護的資金不夠

風電場電氣設備維護是一個需要長期維護和管理的問題，我國風電場電氣設備的試運行地區一般在沿海南方和海拔較高的地區，風電場電氣設備的設置范圍比較廣泛，設備不能夠得到統一管理，同時電氣設備的型號種類比較多，在調配修理維護時，很不容易可以馬上調配到合適的值班人員。另外。風電場電氣設備的所在地區非常偏僻，物資設備運輸上比較艱難，在需要設備和零件需要換新時，不能馬上得到材料，在統計上報過程中也會耽擱一定的時間，這對風電場電氣設備的維護和管理上帶來不利的的影響。此外，風力的密度也不是很大，大部分風能只是間歇性的，不能夠長期達到穩定的發電狀態，在收集的風能轉化為電能的過程中，消耗大，獲能小，部分能量只能用來公路照明等，能夠真正利用大力發展的電能極少。由于風電場電氣設備的前期巨大資金的支出，使得設備后期維護中資金匱乏。這往往容易造成風電場電氣設備的事故，由于缺乏維護也將加劇設備的老化和損壞度。

3 風電場電氣設備中風力發電機的維護管理策略與運行發展方向

3.1 定期對設備進行潤滑油和清潔的處理

潤滑油之于機械設備就像沙漠綠洲的水之于旅途中的駱駝，只有定時定量進行潤滑油的護理，才能減少機械的磨損，提高風力發電的運作效率。目前葉片根部、齒輪等方面都需要進行潤滑油處理，維修護理人員應該定期對根部、齒輪的部分進行檢測和護理，將不同時間安裝的葉片做好維護登記、編號，每次根據葉片已經使用的時間進行不同程度的維護，主要通過觀察法判斷機械磨損的程度。在進行維護工作交接時，應該將之前登記的維護情況進行妥善保存，便于備查。同時，也需要對齒輪、砸盤和閘墊等部件進行適當的清理，在看見出現污垢渣塵不要大意，應該檢查渣塵的來源，并根據滑油中的渣塵判斷機械零件的磨損狀況，在確保無重大問題之后，對滑油進行清理與更換，并記錄好更換日期。

3.2 加強對電路的維護和診斷

在風電場電氣設備檢測中對線路的檢測非常重要。可以采用單元分割法進行線路的檢測。根據風電場電氣設備的結構和線路特點來進行劃分，一般可以劃分為電源系統、控制系統、執行系統、保護系統等。線路故障主要分為3 種，三芯電纜中如果有芯線與地線相連了，其他兩芯已經斷路了，則會出現短路。如果集電線路出現故障時，需要檢查保護繼電保護組、風機、箱變。同時，也應該注意雷電暴雨天氣對風機和電路的影響，在電氣設備上應該加裝避雷器，對可能突發的降雪霜凍天氣應該采取適當的防范措施，在必要時可以采取停電方法進行融化，在需要融冰的線路上進行短線處理，產生局部高溫，但在在操作過程中應該注意安全問題，操作過程應該配備專業的安全人員。在向線路輸入電流時，變壓器的出口必須配備低壓保護裝置，融冰線路的線徑必須大于或等于短路線路和連接線路。另外，線路的在短路時通過的電流應該保持小于發電機的額定電流。在線路控制和檢測、維護過程中應該嚴格遵守安全守則，按照電路規律進行操作。

3.3 做好控制系統的穩定工作

控制系統在工作中會受到其他因素的干擾，除了工程設計本身得到缺陷外，能夠影響控制系統的可能是硬件設施，電源的配置、接地的地點、系統的輸入端和輸出端，這些硬件設置的安裝都會影響控制系統，進行硬件配置時應該進行整體布局，采取合理的方案減少硬件問題對控制系統的影響。同時也應該減少其他干擾信號，對信號進行管理分類和識別，在未來風電場電氣設備的發展中，應該設置閉環控制系統，通過處理輸出的偏差數據來對系統進行調控，這種反饋調節系統可以根據統計記錄風的速度、頻率等物理量來分析數據，通過分析數據既可以達到控制設備的作用，又可以達到起到實現自動化管理。設置控制站，建立控制系統，把輸出處理、輸出處理等設備進行合理安置，構建好的控制站具有操作員功能，工程師功能，通信功能，通過開發建設這些控制技術，將在一定程度上減少人力資源。通過控制系統建立的電氣控制系統可以根據不同的設備和不同的控制方法進行控制，如繼電器接觸器控制，觸電控制，可編程控制等。電氣控制系統考慮到運用的環境，應該盡量避免過于復雜，工程系統設計應該兼具安全、方便、簡潔的特點。

3.4 培養理論與經驗兼備的高技術人才

風力發電行業目前在市場上屬于比較小眾的行業，相關專業型高技術高理論型的人才比較稀缺，特別是綜合型專業，熟悉電力、熱能、機械等領域的人才更是少之又少，企業可以適當的與校園專業進行對接，選拔優勢的專業人才到企業進行實習，從機械的維護與運行開始接觸，培養相關專業人才知識領域的深度的同時也應該注重實踐操作能力。風力發電的維護成本高必要性強，決定了維護的重要性，加強職業道德建設，培養人才專業謹慎的職業素養，在進行設備檢修時做到絕對的仔細認真。在培養理論與經驗兼備的高技術人才的過程中，選拔出適合的管理人才，做好風力設備維護工作的規劃，同時也能以身作則，用良好的職業態度強去影響剛進行業的新人，讓嚴謹的工作作風始終成為該行業的優良風氣。

3.5 從行業整體上提高風力發電設備的維護戰略

我國目前風電場電氣設備中的風力發電設備仍然存在很大的進展空間，風力發電設備的設計、風力發電設備檢修的設計仍然存在很大問題，由于前期設備的投入成本較高，維護成本也比較高。目前，光伏、風力發電存在非常大的不穩定性，我國依靠風力發電的總電量、發展趨勢都需要仔細商榷，風力設備中小企之間存在不良的惡性競爭，中小風力發電設備應該朝大企業方向發展，走出相互制約的僵局，做好研發技術與維護技術的研究與投資。我國地域遼闊，高原地域與沿海地區具有非常大的風力自然資源，需要利用好地理位置的優勢，進行風力設備的建設，這樣才能提高風力設備的建設。雖然每年的風力發電總電量在提升，但從技術建設和機械維護層面上來講，還需要國家重點扶持，每年我國風力發電設備也會因為維護不當，而造成機械設備的損耗。

4 結束語

我國的風電場電氣設備中風力發電機的運行維護是風力發電事業中較為重要的環節，只有降低風力發電的損耗才能減少風力發電設備的維護成本，同時等于間接提高風力發電的工作效率。風力發電設備維護的工作人員應該不斷總結工作經驗，嚴格吸取教訓，從不足中進行反思和改進。此外，風力發電設備的設計技術是風力發電的基礎，未來風力設備的發展需要依賴成熟可靠的風力發電技術，在全球提倡可持續發展的環境下，風電場電氣發電機最終會成為熱門發電技術之一。