風力發電機組電氣與控制系統快速檢修思路研究

周國旭

（中國三峽新能源（集團）股份有限公司山東分公司，山東 濟南 250000）

當前，環境污染嚴重，社會能源緊缺，為了解決這一問題，我國大力推廣清潔能源，開發風力發電等綠色無污染的能源生產形式。為了確保風電設備的高效、穩定運行，風力發電機組電氣與控制系統的檢修工作至關重要，風力發電機組結構復雜，電氣與控制系統故障呈現多樣化特征，檢修工作難度較大，對于風電機組電氣與控制系統常見故障進行分析，提出對癥檢修策略，能夠有效提升檢修工作水平，有效降低風力發電機組電氣與控制系統故障風險，確保系統安全、平穩運行。

1 風力發電機組電氣與控制系統快速檢修的總體框架分析

在風力發電機組中，電氣與控制系統相當是大腦和中樞神經，能夠感知、監測并控制系統中的設備，確保系統運行正常。電氣與控制系統由PLC通訊模塊、安全鏈模塊、模擬輸入AI模塊、數字輸入DI/輸出DO模塊等具有通信功能的模塊組成，可實時傳達PLC主機的指令，傳遞設備信息，確保電氣設備按照預設程序穩定運行。平安鏈回路是風力發電機組的重要組成部分，是確保機組穩定運行的基礎保障，平安鏈是由多個節點串聯而成的，如果其中一個結點發生故障，故障信息會即刻傳輸至控制系統，檢修人員獲取故障信息后，會立即趕往現場進行故障維修。在故障維修過程中，一般情況下會出現5～10個故障，檢修人員必須全面了解風力發電機組構成，專業素質過關，工作經驗豐富，才能夠迅速判斷出系統故障，對癥檢修，確保風力發電機組能夠盡快恢復運行。

隨著風力發電機組的進步，優化其電氣與控制系統中的平安規劃，能夠有效降低系統故障風險，如果系統發生故障，也能夠第一時間定位故障位置，展開檢修，確保風力發電機組的平穩運行。風力發電機組的電氣與控制系統，具備電氣負載連接、風輪限速、溫度參數控制、電功率范圍控制等功能，融合應用主動控制與被動控制的方式，對管制機組展開實時監控，確保系統各項運行參數處于合理范圍內。當前，風力發電機組電氣與控制系統采取的是無效-維護原則，也就是說，當管制措施無效，或者系統內部發生故障，比如出現系統超速、電機過載、電網負荷過大等情況，導致風力發電機組無法正常運行時，系統的安全維護裝置將采取合理措施恢復機組運行。

正常情況下，風力發電機組的運行狀態包括正常運行、暫停、關停、火速關停，其級別逐步降低。在正常情況下，風力發電機組如果需要提升操作層級，應該遵循逐級提升的原則，這樣能夠實時檢測出各個層級中有無故障，如果出現問題，火速關停，展開檢修，確保機組的安全運行，降級時無明確限制，可越級降低。

2 風力發電機組電氣與控制系統快速檢修的具體步驟分析

2.1 PLC檢查

PLC是風力發電機組電氣與控制系統的控制中心，所以，在檢修工作中，首先應該檢查PLC是否正常運行，通過操作界面檢查PLC運行形態，檢查PLC軟件版本有無紕漏，檢查是否出現宕機的情況，檢查外部PLC形態是否正常，觸摸PLC外殼，檢查是否出現工作過熱現象，如有問題及時解決。

2.2 通訊檢查

如果經檢查，PLC處于正常運行狀態，下一步需進行通訊檢查，檢查控制系統通訊功能是否異常，如果的確出現問題，那么風力發電機組中的所有設備狀態均無法檢測到，例如無法檢驗到安全鏈信號。在通訊檢查中，首先應該檢查通訊模塊電源供電板塊是否正常運行，檢查其接頭、接線是否正常，檢查通訊波特率是否處于正常范圍，檢查通信地址是否正確，檢查通訊光纖信號強度是否達標，檢查其接線是否正確。

2.3 安全鏈檢查

通訊檢查后，若一切正常，即可進行安全鏈檢查。按照風力發電機組的控制邏輯，若安全鏈回路處于非閉合狀態，機組大部分設備都無法工作。在安全鏈回路檢查中，首先檢查安全鏈模塊是否正常運行，再檢查安全鏈軟件是否正常工作，如果安全鏈模塊已產生損耗，那么即使其余軟件正常運作，也無濟于事，必須重新更換安全鏈模塊，再進行剩余的檢驗，如果安全鏈軟件發生故障，應該重新下載或灌裝安全鏈程序。

在排除安全量硬件、軟件故障后，基于電路圖紙接線原理，仔細檢查回路各安全節點是否正常運轉，如有異常，分析原因，有可能是安全鏈信號傳輸進程中發生故障或干擾，并未發生危險事故；也有可能是設備運行狀態達到觸發安全報警的條件。

2.4 各分系統設備檢查

當全部的安全鏈回路閉合，處于正常形態時，主設備開始運行，即可展開對風電機組各個分系統（包括液壓系統、變槳系統、偏航系統、冷卻系統、潤滑系統等）的檢查，逐一排除故障。檢修人員要以電路圖所指示的回路，逐步展開檢查，檢查的主要對象包括控制回路和動力回路。

控制回路擁有測量、控制、反饋三種功能，具體檢查內容如下。

（1）測量功能回路。系統能夠將溫度、位置、轉速、壓力、風速、風向、加速度、電壓、電流等多種類型傳感器的信號，轉換為特定范圍的電壓信號，便于PLC卡件測定、判斷設備運行狀態，一般來說，傳感器的電壓比較低，但也并非絕對，某些電壓互感器的電壓值為230V，有觸電的風險，在這些傳感器中，有些是電壓信號，有些則是電流信號，會被轉換為電壓信號，檢修人員在檢查時，應該仔細檢查電流傳感器回路中的分壓電阻是否正常，如果需要更換傳感器，應該確保分壓電阻的正確安裝。

（2）控制功能回路。控制功能是通過PLC卡件發出24V控制信號，以弱電控制接觸器的吸合和斷開，從而實現動力電源的接通和斷開，實現電氣設備自動啟停的目標，常見的接觸器故障類型有觸頭黏連、電磁線圈失效等，這些故障會導致電氣設備無法有效控制，或者說設備運行參數超過正常范圍，被測量信號檢測出，才會報出故障。

（3）反饋功能回路。反饋功能回路中，通過一些帶有輔助觸點、漏電保護、過流保護功能的接觸器、開關，來檢測、監視設備運行狀態，檢查是否出現漏電、過流等故障，反饋信號可與PLC數字輸入的DI卡件形成回路，以常開、常閉邏輯判斷被監控設備的運行狀態，在DI模塊中，采取相應的0V和24V直流電壓，而非380V動力電壓，如果空開跳開，相連的輔助開關隨之跳開，PLC的DI模塊隨之，PLC捕捉到這些信息，會立即發出故障報告。

動力回路包含三相回路、單相回路兩種類型，在對接觸器、接線端子展開檢修時，應該提前斷電，秉承安全檢查原則，檢查電源是否安全，通電之前，檢查電氣設備相間、對地絕緣情況，以防通電后發生短路，導致設備損壞。在電機維修中，應該檢查相序是否正確，以防電機反轉。在進行電氣設備故障檢修的過程中，首先應該明確故障類型，查找到對應的電氣回路，仔細觀察該回路中有無發生過熱、跳閘、接線松脫、燒毀等明顯故障，判斷電氣回路是否出現過流現象、電氣元件的機械零件失效等情況，確定故障后，及時更換故障零部件，若無明顯故障，應該從控制界面上，查看是否存在異常的反饋信號或車輛信號，檢查相對應的電氣設備是否正常工作，如果還是沒有發現問題，再依次檢查控制回路、控制元件、動力回路和電氣設備。

3 結語

綜上所述，隨著風力發電模式的逐步推廣，風力發電機組不斷進步，相關的故障診斷技術也在不斷更新，以機組電氣與控制系統來說，隨著相關檢修工作的進展，檢修人員積累了一定經驗，更加準確地把握系統的結構組成，以及各個部分容易發生的故障，明確了各類故障的具體表現、發生原因，提出了對癥檢修策略。這意味著，一旦風力發電機組電氣與控制系統發生故障，檢修人員能夠迅速制定并實施有效的應對措施，防止安全事故的發生，迅速找出故障點，進行維修，讓系統能夠盡快地恢復運行，確保風力發電過程的安全性與穩定性，推動風力發電事業的可持續發展。