風電機組電變槳系統故障診斷問題研究

畢志超 陳志崗

摘要：變槳系統是風電機組的主要設備之一，日常運行的工況如何直接影響著風力發電的安全和效率。為此，本文圍繞風電機組電變槳系統故障議題進行了探討，文章分別從系統機械故障和電氣故障的診斷與處理進行了論述，供相關人士參考。

關鍵詞：風力發電;變槳;故障

1引言

風力發電是清潔型可持續能源，在電力市場改革中的市場占有率越來越高。近年來，風電裝機規模越來越大，機組設備運行維護工作成為電力企業關注和研究的重要問題。本文結合自身經驗，談一下風電機組電變槳系統故障的問題，希望給業內人士一些思路。

2電變槳系統機械故障與處理

葉片故障：葉面是風電機組的旋轉部件，運行過程中容易產生脫漆、裂紋或者遭受雷擊等故障。對上述故障，目前較好的處理辦法是在葉片部件上安裝傳感器，實現實時監測，并結合定期巡檢維護，將葉片故障扼殺在萌芽狀態。

輪轂故障：輪轂是風電機組中重要的組件，在軸承、電機、控制柜、電池箱、潤滑泵等構件中均有使用。因此輪轂的運行機械性能對風電機組電變槳系統的整體運行性能有重要影響。容易出現的故障包括葉片和主軸固定部位的螺栓松動，或者力矩值太小。針對上述故障，工作人員可采用定期巡檢的辦法，每隔一個季度或者半年按照輪轂運行的正常標準來進行檢查，及時緊固連接部位松動的螺栓，避免輪轂引發安全事故。

軸承故障：軸承是電變槳系統的主要驅動鏈，其安裝在輪轂上，同時連接電極、葉片、編碼器、潤滑齒等構件，主要作用是軸承在電機的驅動作用下控制葉片旋轉。在安裝調試環節，軸承需要進行力學性能、化學成分、熱處理、無損探傷、啟動摩擦力矩、旋轉精度等多項檢測試驗，合格后正式投入使用。日常運行中，容易出現的故障包括潤滑不到位造成的機械卡澀或部件磨損。為避免出現上述故障，工作人員定期檢查潤滑泵的運行工況是否正常，檢查潤滑油油質、潤滑油油位、潤滑油管線是否有堵塞、管線接口是否有松動或泄露的情況，對泄露部位進行封堵，對堵塞部位進行疏通，及時加注潤滑油。

限位撞塊故障：限位撞塊與限位開關協同工作，是漿液啟動剎車的重要安全部件。容易出現的故障是前后攢動，引起限位角度變化，導致風機停機故障。原因可能是部件固定螺絲松動導致。為此，工作人員定期進行檢修，及時緊固松動螺絲，提高限位部件連接可靠性。

3電變槳系統電氣故障與處理

控制柜故障：控制柜主要包括繼電器、控制器、接觸器、溫控開關、通訊裝置、避雷裝置、加熱裝置、冷卻風扇、后備電源等組件。在正常的監測和通訊情況下，控制器能夠通過分析電源開關、限位開關、發動機溫度等參數的狀態判斷傳感器收集到的信息是否與主要控制系統的設定信息是否匹配或者是否滿足二者的邏輯關系。如果控制柜中的某個組件出現異常，控制器立即啟動，使葉片運行到安全位置，停止風機轉動。日常運行中，控制柜中繼電器故障主要表現為不能正常工作，如觸點失靈。可能的原因是繼電器會隨著安全鏈的啟閉而啟閉，當整個系統出現故障時，安全鏈會斷開，因此繼電器也會斷開，這樣就引發控制器啟動，使葉片運行到安全位置停止。如果繼電器觸點失靈，需要聯系廠家進行專業維修。由于對繼電器性能要求較高，在更換繼電器時應選擇質量過關，性能可靠的繼電器品牌，繼電器型號選擇適應范圍較大的。控制器出現故障時，主要表現為內部電氣元件損壞失效。對此，工作人員可定期檢查控制器冷卻風扇是否運行正常，間接判斷是否控制器自身存在異常。另外對控制柜內定期清潔，避免控制柜內雜質灰塵影響控制器冷卻風扇正常運行。通訊裝置出現故障時，可能的原因是通訊模塊被燒壞、線路接觸不良、線路通道堵塞。對此，工作人員可逐一檢查通訊模塊是否正常、線路是否存在松動接觸不良的情況、通道是否有雜物、機艙通訊線纜是否連接正常。然后對異常部位進行修復，如果通訊模塊被燒壞，及時更換。冷卻風扇出現故障時，可能的原因是風扇中夾雜異物造成風扇卡澀、冷卻溫控開關觸點接觸不良、控制器的輸出信號不正常。對此，工作人員可逐一進行排查并及時恢復正常。避雷裝置出現故障時，如避雷端子燒壞。這一故障可能是避雷線纜接地不當。工作人員可檢查避雷線纜是否完好無損，加強線纜的絕緣防護，在避雷線纜靠近或能夠接觸到滑環或者螺絲部件的地方進行隔離防護，避免線纜絕緣套被硬質部件摩損，以防線路接地。后備電源出現故障的原因可能是臨時損壞，還可能是使用壽命超過電源正常壽命。對此，工作人員應定期對電池電壓進行測量，定期對充放電情況進行檢查，對損壞的電源及時進行更換。

編碼器故障：主要包括軸承編碼器和電機編碼器。主要的故障類型包括軸承打滑、小輪機械損壞、角度跳變。對此，工作人員應做好編碼器的定期校準、調試，檢查編碼器軸承、小輪是否有磨損，及時對磨損部件進行更換。

限位開關故障：限位開關包括91°限位開關和95°限位開關。其中，前者是電變槳的安全停止位置，后者是冗余電變槳的安全停止位置。如果是正常停止，則91°限位開關運作，如果91°限位開關失效，則95°限位開關運作，使電變槳停在安全位置。限位開關故障主要包括線纜接觸不良、小輪碰撞斷裂、控制信號傳輸中斷。針對上述故障，工作人員先從機械部件安裝情況進行檢查，然后再進行電氣檢查，逐一排查限位開關小輪運行是否靈活，繼電器和限位開關的接觸情況，并進行相應處理。

潤滑泵故障：故障類型包括潤滑泵或潤滑管出現泄漏情況、分配裝置發生堵塞、潤滑泵電機失效。針對上述故障，工作人員定期檢查潤滑泵和潤滑管的工況，對分配裝置的油壓信號進行查看，對潤滑油管路、彎頭等位置進行檢查，查看是否出現堵塞或泄漏情況。

4結語

風電機組電變槳系統的運行維護工作需要從系統和部件的故障原因分析入手，針對不同的原因，采取相應的處理辦法。同時結合完善的電廠設備運行維護管理制度和管理規程，注重風電設備運行故障的防控，從而使風電廠設備故障率降到最低。

參考文獻：

[1]?? 風電機組變槳系統故障診斷，王威，《探索科學》，2019（000），002

[2]?? 基于自適應觀測器的風機變槳系統故障診斷，宋昌舉，文傳博，《上海電機學院學報》，2019（03）

[3]?? 風電機組變工況變槳系統異常狀態在線識別，王爽心，郭婷婷，李蒙，《中國電機工程學報》，2019（17）