風電場風機變槳系統故障分析與措施

閆柏冰

(大唐河南清潔能源有限責任公司，河南 鄭州 450001)

0 引言

隨著經濟社會的發展、科技的進步，人們對能源的需求量也越來越大。為了滿足日常生活和工作的需求，石油、煤炭及天然氣等化石能源被大量開采，但是在開采的同時自然環境也遭到了破壞，環境也被嚴重地污染。因此，清潔能源得到了全球學者的關注。風能是一種清潔可再生資源，是目前主要的清潔能源之一。近年來，風力發電場的建設得到了迅猛發展，同時以機組運行與維護為主的發電第三產業成為了一個新的增長點。由于風電設備所處的工作環境十分惡劣，導致設備的故障率比較高，進而導致設備運行維護成本居高不下。因此，對風電機組的故障診斷進行分析及研究故障診斷的方法對降低設備故障率及運行維護成本具有重要的意義，同時也能夠提高設備運行的安全性。

1 風電場風機變槳系統的基本概述

簡單來講，所謂的“風機變槳系統”其實本質上而言就是一種通過借助控制技術和動力系統來改變發電機輪轂上葉片槳距角大小(風力較大時減小槳葉迎角，風力較小時增大槳葉迎角)、葉片氣動特性以及整機受力狀況的一種控制功率與轉速處于平衡狀態的風力發電機槳葉調節裝置系統。變槳系統一般由變槳電機、大齒圈部件、變槳小齒輪以及變槳軸承等組成。風機一旦啟動，變槳系統就會開始工作，變槳角度會從順槳90°位置變動到15°位置，然后逐漸變動到3°左右的位置。如果超過額定功率，變槳角度會在此收到調整以保證實際功率在額定功率的范圍內波動。在額定功率下變槳系統需要不斷地動作以滿足設備的要求，因此變槳系統機械部件的故障率明顯偏高。

2 風電場風機變槳系統的常見故障

2.1 變頻器故障

在當前風力發電場建設規模和數量持續增加的新市場經濟常態下，風機變槳系統運行過程中，變頻器故障有著極高的發生率，目前來看常見的變頻器故障主要有——變頻器通訊中斷、變頻器內IGBT損壞、控制板件損壞以及導線插頭虛焊等。

2.2 備用電源系統蓄電池故障

據調查在現階段風機變槳系統故障發生率的占比中，備用電源系統蓄電池故障的發生率是最高的，尤其在風機運行兩到三年左右，給企業整體發展造成了極為不利的影響。

2.3 變槳電機故障

就目前來看，在風機變槳系統使用過程中，變槳電機故障的發生率也是極高的，而根據大量調研數據分析可知，造成上述系統故障的因素除了電機本身質量(線圈斷線、直流電機碳刷磨損等)外，變頻器損壞、蓄電池電壓低、限位開關不到位等在導致電機過載的同時，進而引發了變槳電機故障問題的發生。

2.4 滑環故障

在風機變槳系統使用過程中，滑環故障的發生率也相對較高，據調查滑環故障的發生除了由于滑環臟污的因素外，滑環觸針跳出也是導致故障問題發生的重要原因。除此之外經大量調研數據分析可知，滑環故障的發生還導致了變頻器通訊故障、蓄電池故障及變頻器損壞等系統故障問題，給企業發展造成了極為不利的影響。

3 風電場風機變槳系統故障的預防措施

3.1 設計方面

在當前工業一體化建設進程不斷推進的新市場經濟常態下，為滿足現階段企業生產和人們日常生活對于電力能源的需求，近年來風電發電場建設規模和數量也取得了突破性進展，但由于風機變槳系統故障問題的存在，企業整體發展勢必受到了一定阻礙。為從根本上提高風機變槳系統的可靠性，在系統設計過程中設計人員需適當地加大葉片的變槳電機制動力矩，由此在不斷提高變槳機構強度等級的同時，確保即使在各種惡劣環境(極端風速、異常湍流和突變風向)下，葉片也不會被吹動，變槳機構也不會發生損壞問題。

3.2 安裝方面

為降低風機變槳系統故障發生率，在進行系統安裝過程中，工作人員不僅需嚴格按照安裝作業流程進行安裝操作，嚴禁安裝的隨意性，與此同時為提高變槳系統中電氣連接部分及機械連接部分的緊固性，工作人員需選用絕緣的連接線進行良好綁扎。除此之外在進行安裝時，為了增強風機抗臺能力，工作人員還要在選用優質變槳限位開關的基礎上，對其位置進行合理化調試。

3.3 生產運行

作為風電場電機控制系統的重要組成部分，風機變槳系統的可靠性在一定程度上對于企業經濟效益和社會效益而言有著重要影響，故此為從根本上降低各類系統故障的發生率，基層產業機構和相關部門工作人員在風機變槳系統運行維護過程中，還需定期檢查變槳電機剎車片磨損情況，對于磨損較為嚴重的剎車片進行及時更換以確保變槳電機的制動力矩。此外在變槳系統運行過程中，及時更換老化的蓄電池、及時調整或更換出現故障的限位開關、定期清洗滑環以及定期緊固變槳系統的電氣連接及機械連接螺絲，也是現階段提高風機最大風能利用率的重要戰略手段。

4 結語

簡而言之，作為風電場電機控制系統的重要組成部分，風機變槳系統在使用過程中，系統故障的發生對企業和國家整體發展而言是十分不利的，為此不斷優化和改進設計、安裝及制造工藝，加強定期維護，由此為企業可持續發展目標的實現奠定良好基礎。