風力發電機組安全保護技術探究

張俊峰

摘要：在風力發電應用過程中，考察與審核是必不可少的環節，并且對其應用的材料也制定了明確的要求，制定了嚴格的發電設計標準，加強了對電氣的控制力度，還將各種因素的影響納入安全運行保障的考量范圍。然而在風力發電機組運行過程中，安全事故問題仍時有發生，只有從安全技術的強化入手，才可保障風力發電機組的安全運行。

關鍵詞：風力發電機組;安全保護;研究

一、風力發電機組分析

風力發電機組的運行需要借助風力，以風力推動風輪的轉動，進而實現風能向機械能的轉化。通過電機的持續旋轉，電機的機械能量再次轉化為電能，這就是風力發電機組發電的工作原理。之后，在變壓器的作用下將電能輸送至國家電網，進而為生活用電以及工業用電提供保障。風力發電機組主要采用的是并網運行的方式，控制方式主要有兩種，一是恒速恒頻控制方式，另一種是變速恒頻控制方式，這兩種方式下，電能的頻率始終處于一致的狀態。在科技不斷進行的當下，風電技術得以優化與完善，目前變槳距技術應用率較高，其可在風速變化下實現風輪轉速的改變，并在變流技術作用的輔助下控制發電機的轉距，進而在保持電流頻率不變的情況下最大化的提高發電效率。

二、當前風力發電機組的運行現狀

（一）風力發電機組事故頻發

風力發電機組運行時，輪轂驅動方面會出現故障，功率變頻器也會出現錯誤，或在機組移動時出現偏航功率下降等問題，雖然可以采用多次復動或設備重啟等方式確保機組運行的恢復，然而多次復位也會使風能的利用率受到影響，短時間內多次開關機會使之利用率統計數據出現變化，也會縮短設備的使用壽命。同時，如果風力發電機的變槳電機或齒輪箱等重要部件出現故障問題，必須要停機進行設備檢修，由專業的技術人員進行設備的維修及零件的更換，不僅維修工作任務繁重，還需停機較長時間才可恢復設備的正常運行，這會增加維修成本，也會影響風力發電機組的經濟收益。

（二）風力發電機組核心部件的損壞率較高

在風力發電機組運行時，如果核心部件出現損毀，將會對其運行安全產生影響，通常齒輪箱、發電機以及輪轂集電環等重要部件應用數量較多，并且較易出現故障，維修及維護成本都相對較高，并且在零件后還需進行繁瑣的調試工作，并且即使更換了部件還存在損壞的可能，不僅需要再次維修，也需投入大量的維修成本。

三、風力發電機組的安全運行分析

風力發電機組安裝于野外，其運行環境較為復雜，并且難以通過人力作用進行風速的調整，因此，其運行時所承受的壓力較為復雜且壓力大小不一，因此，外界環境因素的影響會對風機的穩定運行帶來不利影響。在風力發電機組制造時主要應用的是金屬結構材料，并需對其進行嚴格的檢測，以確保材料具有較強的溫度變化抵抗能力以及防腐能力，并對其結構設計進行合理優化，以此提升發電機組的運行壽命。由于風力發電機組需要24小時運行，并且屬于自動控制的運行方式，因此也應設計與之相匹配的自動運行系統。具有可編程功能的控制器是風力發電機組的總控系統，系統中安裝了控制系統以及傳感器，還有PLC結構，同時還包含下屬執行機構。傳感器的作用是對發電機組的運行狀態進行體現，而PLC則會在機組各個指標出現異常時進行處理，控制器起到的是對各個結構的控制作用，控制系統能否發揮出良好的控制性能是決定風力發電機組能否正常運行的關鍵。風力發電機組能否穩定與安全運行，取決于其控制系統能否展現出良好的控制效果。現階段，風力發電機組的控制系統當中應用的都是安全鏈保護系統，這種運行系統較為獨立，安全鏈保護系統采用的是單回路結構，各個監控點相互關聯，一旦發電機組出現故障，單回路將會自動觸發開關而關閉回路，停止風力發電機組的運行，進而實現對其安全保護。變槳距的調整是控制風機運行狀態的主要方式，通過對變槳距的控制可以降低風力發電機組的負荷，在機組中止運行時，槳葉角位置將會改變，進而實現對機組的安全保護。在機組制動過程中，需要同時使用三個相互獨立的葉片變槳結構，一旦風力發電機組的運行出現異常，采用緊急順漿的方式可使葉片保持在最大角度上，進而使機組停止運行。

四、保障風力發電機組安全運行技術的應用對策分析

（一）提高風力發電機組安裝質量

安裝是風力發電機組運行之前的環節，確保良好的安裝質量，可以使風力發電機組的運行效率更高，使之安全運行得以保障，進而將風力發電機組的經濟效益完全展現出來。風力發電機組通常安裝于戶外地勢較高處，安裝過程中較為困難。安裝過程中，必須加強對各個部件的控制，嚴格對重要的連接點進行排查，特別要加強電氣線纜接頭的狀態檢查，如果接頭連接的緊密性不夠，一旦發電機出現故障問題將會導致連接處出現短路起火等現象，進而導致嚴重的火災事故出現，這對導致整個系統癱瘓，為發電企業帶來不可估量的經濟損失?；诖?，在風力發電機組安裝過程中，應加強對各個安裝部位的檢查，嚴格按照國家規定標準進行安裝與檢測，從源頭上消除潛在的安全隱患。

（二）加強設備巡檢管理

系統的運行狀況取決于控制系統軟硬件的應用情況，在風力發電機組運行時，工作人員必須在控制室內對各個機組的運行情況進行嚴密監控，并對其運行參數進行準確記錄，定期到運行現場進行巡檢，以確保風機葉片正常運行，系統運行無異響。將軟硬件系統的檢查納入到日常檢查項目當中，定期進行系統軟件參數的測定，加強設備的維護與檢修工作，從主動預防入手，減少設備故障問題的發生。

（三）制定緊急狀況的應對措施，減少緊急事故的影響

風力發電機組安裝于戶外環境，自然災害的發生會對其運行安全產生不利影響，因此，應采取有效的對策加強對機組的電壓保護，并對雷電接收傳導系統進行優化與完善。同時，也可制定相關對策確保等電位的有效連接，及時進行接地系統的檢查與處理，以免由于雷擊引發風力發電機組故障問題出現。由于受到風速問題的影響，風力發電機組也會出現停機故障，并且，如機組長期運行于潮濕環境，并環境氣溫過低都會使其引發機組停機，在機組運行前，應對設備的絕緣性進行檢查，確保其符合運行標準再開啟設備。

（四）加強風電齒輪箱維護管理

齒輪箱是風力發電機組的重要結構組成，加強對齒輪箱的保養與維護，可以確保機組的安全與穩定運行。日常檢查中，要對齒輪箱的油位進行檢查，以免其出現漏油現象，同時要檢查齒面，以免其出現不平整現象或發生不明震動或異響的情況。不僅要強化對齒輪箱主體的保養，還要定期檢查其運行相關部件，任何一個微小部件出現故障都會對機組的正常運行帶來影響。如果風力發電機組屬于三點支撐結構，如果機組的支承主體出現變形將會導致齒輪箱出現重心偏移問題，使齒輪軸承出現偏載現象，進而使之無法正常運行。

五、結語

歷經多年的發展，風力發電領域的研究逐步深入，實現了穩定與長效的發展。由于風力發電機組故障頻發，進而使其運行狀況受到了不利影響。面對風力發電機組的隱患問題，應采取有效的技術手段進行安全維護，從事前預防入手，減少發電機組的故障隱患，使之運行過程中的風險發生率得以降低，進而為風電機組的安全運行提供保障，推動風力發電領域的穩步發展。

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