風電機組的日常檢修維護與故障處理

張娟

摘 要：由于風能生產技術的提高，風力發電機組在發電中的使用越來越多。在風機運行中，會出現不同的風機部件故障，這些故障會影響機組的正常運行和用戶的用電情況，造成供電中斷事故，并導致嚴重的經濟損失。因此，技術人員對風機的維護及故障處理尤為重要。而當前的風機維修技術總體來說還存在一定不足，需要管理人員不斷地優化和改進技術應用和相關理論知識，全面分析降低機組效率的原因，并采取有效的解決措施，同時加強對風機主控、變流器、齒輪箱、發電機設備故障的管理。因此，技術人員在日常維護中，必須注意SCADA告警情況，針對相關故障采取適當維護方法。當出現問題時，全面提升風電機組的檢修質量。

關鍵詞：風電機組;檢修;故障;處理

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A

引言

風電機組的日常維修和保養對保障供用電尤為重要，合理的檢查和維護工作是保證風機穩定的基礎。通過科學的設備維護，技術人員能全面了解風機的運行情況，明確各部件是否存在故障問題，以有效制定機組的后續維護計劃，提前進行檢修，防止造成人身安全事故或嚴重的財產損失。確保風機安全運行，提升其運行的可靠性和經濟效益。

1 風機運行常見故障及相關診斷方法

1.1 風力發電機故障及診斷方法

發電機是風力發電的基本部件，作用是將機械能轉化為電能，為電力系統提供持續的電力。由于國內風力發電機組容量增加，發電機尺寸增大，給設備的密封帶來困難。當發電機在不同電磁下運行時，非常容易出現故障問題。常見故障有：發電機過振、過熱、繞組短路、母線斷裂以及絕緣損壞等。據文獻統計，在發電機故障中，軸承故障達到40%，定子故障為30%。所以根據其故障特性，技術人員通常用的診斷方法是分析轉子/定子信號、電壓狀態以及實際輸出功率，以此判定發電機的運行情況。

1.2葉片故障及常規診斷方法

葉片是風能生產的主要部件，由纖維復合材料制成。由于它長期處于惡劣環境下工作，并暴露在潮濕條件下，極易造成裂紋和損壞。隨著風電機組技術發展，其葉片長度不斷增加甚至到達90米以上，所以體積和質量也在不斷提高。如果發生故障，會對整個機組的運行造成損害。葉片的測試通常依賴于在各種壓力中的應力變化分析其是否破損，同時，通過紅外圖像，利用在不同溫度下的紅外圖像分析故障位置，判斷相關問題。由于表面產生裂紋、剝落等問題，會直接影響輻射能消散，所以利用紅外檢測能準確地分析零件表面的缺陷。同時技術人員也可在機翼上安裝防冰系統，以提高其在低溫下的運行可靠性。

1.3主控系統相關故障及診斷

主控系統是設備運行的大腦，也是主要部件。風扇的運行由主控制系統控制，主要控制系統是由PLC的模塊和與背板總線進行連接。該設備常見故障分為模塊自身故障和外部故障。自身故障主要有數字或模擬信號異常、信號無響應、指示燈不亮等，解決方法是及時更新程序或設備。外部故障常在后臺系統中作為警報調用，借助相關告警提示和代碼顯示，技術人員可快速找到設備故障點，達到排除故障的目的。所以在維護期間，不能忽視保護主控系統的相關報告，避免造成嚴重的風電機組不安全事故發生。

1.4 齒輪箱常見故障及診斷方法

齒輪箱是雙饋機組傳動的重要部分，連接著主軸和發電機。齒輪箱的結構復雜，受力大，所以運行時容易發生破損，尤其是在嚴重負載下工作時。其常見故障可為齒輪故障和軸承故障。常見齒輪故障有：斷齒、齒面疲勞、卡齒等。軸承問題包括：磨損、裂紋、表面剝落等。由于軸承是齒輪箱的重要連接部分，如運行中出現故障，會對齒輪箱造成損壞。因此，進行振動監測是比較有效的檢測方法，也是衡量齒輪、軸承運轉的指標。日常維護時，要重點檢查傳動線、中心孔、冷卻器等是否損壞，檢查結構的密封性，同時，定期打開齒輪箱進行檢查，或使用內窺鏡檢查油路流量變化，以及排氣管有無裂紋和彎曲的問題。另外，技術人員要進行傳感器和振動測試，要重視齒輪箱、發動機等部件的日常維護。

2 提升風機設備維護與故障排除的相關措施

2.1 優化服務方式選擇

技術人員根據風機故障類型，將其分為早期、意外和損害故障。根據檢測方法的不同，將診斷分為日常、定期維護和故障維護。如在機組使用初期，故障率很高。這常是由于設計和制造缺陷引起的，或是由于人員操作不合理造成的。要解決該問題，就要加強日常維護管控，及時發現設備存在隱患，盡快及時進行處理。當機組通過240試驗后，其運行逐漸穩定。維護人員嚴格遵守維護計劃，定期對風機保養，特別對傳動系統、導體母線、螺栓等結構部件進行檢查。風機運行第二年，在日常維護中要根據故障頻率建立部件儲備，減少因設備部件缺失而造成的停機問題。設備運行第三年，已進入穩定運行期。管理人員須根據實際運行特點進行維護檢查，定點排除各種類型的故障，以消除潛在隱藏問題。風機運行五年后，主要部件開始出現老化、異響、振動等情況，需要對其進行全面的性能檢查，以提高日常維護，準確維護，防止小問題升級為大事故。同時還要對系統進升級，以更先進的技術，降低風機故障頻率，提高使用效率。

2.2 實施有針對性的事故排除措施

不同的風電機組在運行期須使用不同的故障排除和檢查方法。如功率曲線不達標，造成單機設備運行不完整，這時候要從葉片、機械部件方面入手，進行各種軟件測試。要嚴格按照管理的要求執行，考慮風電機組位置是否受到影響，以及高度因素等。當電機出現故障時，除更換電機制造商外，還考慮整體系統的設計和維護是否存在問題，并分析后備電源充放電效率、軸承以及傳動影響，判斷槳葉對電機故障產生的影響。雖然風場區域特性存在差異，但可通過有效的糾正技術加以消除。風電場運行和故障排除，要不斷進行研究和總結，以制定更完善的風電場技術維護管理措施。同時還要制定健全風電場管理制度，強化管理措施，推進設施設備技術改造，確保風電機組穩定運行，使風能發展適應日益增長的能源需求。

2.3風機設備維修基本策略

首先預防性維護，它發生在設備故障前，使設備達到規定的運行狀態。此類措主要是添加潤滑脂、雜質清理、部件更換等。為防患于未然，要確保在故障發生前采取行動。預防性維護適用于危險故障，在完成任務后能有效減少設備經濟損失。它被廣泛認為是解決系統故障和低維護成本的良好方案。但增加預防性工作在一定程度上會降低生產效率，所以預防性維護要有明確的時間節點。其次是事后維護，它是設備出現故障或安全隱患時，為恢復使用而進行的維護工作。它能降低很多經常性故障的設備成本，對此必須使用事后維護。另外是進行定期維護，它是在了解設備故障間隔或運行時間以及維護計劃基礎上，提前進行設備檢修和維護，無論設備是否處于最佳運行狀態。技術人員要合理分析設備磨損時間，故障產生間的關系。以提前排除設備故障，保障系統的正常運行。在大多數情況下，技術人員會制定維護策略保持設備良好的工作狀態。在實際工作中，許多設備故障的時間存在一定的曲線特性。在這種情況下，應采用先進的狀態監測技術，對設備功能進行檢測和分析，綜合判定其運行狀況。如設備在維修中有磨損特性，應按照監測標準及時報告。設備維護還應基于系統狀態的實時評估，這也是提升風電系統維護質量的主要趨勢。并且系統維護計劃和運行狀態，應根據檢修計劃進行比較總結，以分析設備維護工作存在的問題。根據實際維護質量制定合理的維護措施[1]。

3加強對風機組部件及相關實驗的分析

3.1 加強風機部件維護的相關性分析

根據風機部件維修定義分拆，部件維修相關性分為三類，即經濟相關性、結構相關性以及隨機相關性。經濟相關性分為經濟正相關和負相關。它意味著修復幾個組件比單獨修復一組件會節省更多資金。設備系統通常包括各種設備，所以必須進行專業化的維護，以顯著減少設備停機的時間，減少維護性成本和損失。同時考慮到人員安全、產品質量等因素，實施多個部件維護比單個的維護會更合理。對于結構性相關問題：故障組件應由其他組件進行支持。在修復或更換前，要修復或移除部分工作部件。這種操作關系是基于故障性能服務的，而不會產生組件間故障。而隨機相關性它能對整個系統過程產生相互影響，從而使組件間的不同部分故障產生互斥性。任何部件狀況都會影響其他部件的使用壽命，對于經濟性相關而言，它不影響部件結構的使用性能。其重點是結合不同部件維護，以達到最佳維護效率。同時結構相關性也是如此，兩者都注重組件的正常使用[2]。

3.2 加強對設備故障分布的總結性分析

對于風電機組故障，其具體分布如下表所示。在故障中，大部分表現在電氣、主控系統和風電機組中。發電機不同部件間的故障通常是相對獨立的，但也有一定的一定聯系。復雜風機即時故障的排除和維修，要從其精度檢測時間和成本三個方面，建立和提出的有限狀態維修模型。

4加強對風機組運行的指標管理

4.1 對于PBA升降單元

要提高發電機組 PBA的方法是降低其功率損耗。這旨在增加機組實際發電量，減少停機時間和電力損失。從提高機組發電量角度看，改善機組功率曲線是非常重要的，它是根據風況改變管理質量的必要工具。每個風電場的風力發電機其風速概率分布是不同的，常用二參數威布爾分布曲線表示風速分布模型。當其參數變化時，不同風速段會發生顯著變化。可通過改變Copt增益增加機組發電量，促進高頻風能吸收和提高系統整體發電量對不同設備風頻功率進行優化，以提升機組的輸出功率和效能。這種情況，PBA發電機可達到最佳效果。從減少停機電力損失角度看，減少故障導致停電問題，從而減少系統的能耗損失。因此要提高對設備故障的預測能力，根據風時情況增加必須的計劃外維修，減少強風階段故障的維修。改善功率曲線的交互作用以提高PBA指標[3]。

4.2 加強對MTBI的管理

MTBI提高能有效降低運營和維護成本，增加機組的發電量。其關鍵是提高元件質量、系統的設計水平和設備生產質量。要從以下向幾方面入手，首先是增強機組器件設計的可靠性。設計應考慮其運行環境和應用條件，要在關鍵部位增加連接，強調安裝質量的可靠性。在提高系統運行可靠性和降低成本間找到平衡點，降低整體運行成本，并有效控制機組故障次數。其次要通過精益制造和調試，控制設備的輸出。風電機組生產中要執行標準化操作，在原型制造設備后，應進行工廠測試。必須通過全功率測試和電網設備檢查，滿足電氣系統的運行性能。在進入量產階段，要積極改進機組投產流程，在調試中嚴格遵守設備的調試要求。在精調中對主控、SCADA進行自動測試，并合理確定控制方案。通過不斷研發輪轂和機艙調節平臺，實現智能自動調節，消除調節中人為操作影響。用先進的控制系統，改進集線器的調試效果，增加電源檢測相序、通訊接的功能性。對于機組的調試內容要增加偏航系統、液壓以及制動系統測試和調整，以實現全面的調試管理工作。通過精調過程，顯著提高風機調試質量，同時加快風場系統的調試速度，及時發現軟硬件系統的問題，提高風機運行的穩定性。加強對風電場人員素質的培訓，確保風電機組維護人員素質不斷提高，具備良好的風電機組運行技術[4]。

4.3全面優化MTOTI 檢修時間

要減少機組維修時間，其關鍵是快速記錄系統發生的故障，及時進行維修。所以要制定標準化的工作流程。MTOTI指標從以下方面進行提高：如利用遠程維護平臺擴展對系統故障的預測能力，以加強對大數據在線監測技術的分析能力。由于遠程維護平臺兼顧了數據采集、控制、診斷管理等功能，可在故障發生早期消除隱患。通過對平臺風電機組的數據管理，對設備進行全面方位的監控，及早發現問題，以盡快進行維護[5]。

結束語

目前，隨著風電場的建設項目的增加，4兆瓦及以上風機類型已成為當前重要的能源，風能也進入了快速發展的階段，自動化智能化的風電場成為未來發展的主方向。所以技術管理人員必須重視風電機組的日常維護工作。除日常的檢查維護外，還要加強對機組變流器等設備的控制，不斷提升對全套精密部件的維修，如齒輪箱、發電機、葉片。通過對機組各種故障問題進行系統性的分析，并根據風機特點采取有針對性的處理策略。

參考文獻：

[1]江聰. 風電機組故障預警并行化數據處理技術研究[D].華北電力大學，2021.

[2]陳飛.風電機組PLC安全鏈反饋丟失故障原因分析及處理[J].廣西電業，2020（06）：68-70.

[3]孟鵬飛，李強.基于SCADA故障告警數據的風電機組隱患分析及處理方法[J].風能，2019（01）：94-98.

[4]楊儒龍，劉述喜.雙饋風電機組常見故障分析與處理[J].設備管理與維修，2017（08）：63-65.DOI：10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.07.29.

[5]顧天凌，陳偉球.風電機組頻繁觸發過振保護跳機故障的分析處理[J].廣東電力，2017，30（02）：54-58.