風(fēng)電機(jī)組電氣與控制設(shè)備的檢修思路

易 莉，胡海龍，李 巍，劉 濤

1.龍?jiān)矗ū本╋L(fēng)電工程技術(shù)有限公司，北京 100034

2.龍?jiān)矗ū本╋L(fēng)電工程技術(shù)有限公司張家口分公司，河北張家口 076750

0 引言及研究背景

近年來，風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長，如雨后春筍般改變了荒野的面貌，為人類源源不斷的提供綠色能源。新風(fēng)電場投產(chǎn)2～5 年后，風(fēng)電機(jī)組設(shè)備相繼完成質(zhì)保，風(fēng)電機(jī)組需要風(fēng)電場自己組織的檢修隊(duì)伍來完成今后的檢修工作。

在風(fēng)電場組建檢修隊(duì)伍開始，往往不乏剛從學(xué)校走向崗位的畢業(yè)生，沒有見過風(fēng)電設(shè)備，同時(shí)更不具備對設(shè)備的檢修經(jīng)驗(yàn)。如何快速在3 個(gè)月的實(shí)習(xí)期內(nèi)完成對新員工的安全和檢修技能培訓(xùn)，使其短時(shí)間內(nèi)具備分析故障、處理故障的能力，是擺在檢修部門面前的一道難題。由于新機(jī)組運(yùn)行較穩(wěn)定，故障率較低，除了在實(shí)習(xí)期內(nèi)由師傅帶徒弟上機(jī)維護(hù)外，基本沒有更好的辦法讓新員工快速積累檢修經(jīng)驗(yàn)。

因此，為解決這個(gè)問題，檢修部門往往編制出自己的檢修作業(yè)指導(dǎo)書或故障處理手冊，檢修班長也需要將自己的檢修經(jīng)驗(yàn)的精華總結(jié)出來，從理論上向新員工進(jìn)行灌輸。但是只有文字、圖片還是不夠的，為提高新員工的實(shí)際操作水平，筆者認(rèn)為在保證安全的情況下，設(shè)置一些故障讓新員工進(jìn)行實(shí)際操作，是十分有必要的，并且，應(yīng)將設(shè)備檢修過程條理化，通過培訓(xùn)可以檢驗(yàn)新員工對設(shè)備理解程度和操作安全意識。本文主要從控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)闡述給新員工進(jìn)行故障分析和實(shí)際操作培訓(xùn)的一些思路，使其建立對設(shè)備功能的系統(tǒng)認(rèn)識和檢修操作能力。

1 控制系統(tǒng)故障檢查思路

控制系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組的大腦和神經(jīng)，感知和控制風(fēng)電機(jī)組所有系統(tǒng)的設(shè)備，并使其正常運(yùn)行。新員工的培訓(xùn)工作應(yīng)先由控制系統(tǒng)的認(rèn)識和實(shí)際操作開始。

風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)主要由PLC 主機(jī)，PLC 通訊模塊，安全鏈模塊、數(shù)字輸入DI、數(shù)字輸出DO 模塊和模擬輸入模塊AI等專用模塊組成。通信模塊通過某種通訊協(xié)議將PLC 主機(jī)的指令和設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行傳輸，使相應(yīng)的電氣設(shè)備工作在要求的狀態(tài)下。

風(fēng)電機(jī)組安全鏈回路是保障機(jī)組安全運(yùn)行的重要回路，由多個(gè)節(jié)點(diǎn)采取串聯(lián)回路連接而成，只要回路中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)斷開，安全鏈便發(fā)出指令讓風(fēng)電機(jī)組馬上緊急停機(jī)，避免發(fā)生安全事故，從邏輯上看，安全鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)是邏輯與的關(guān)系，只有安全鏈各個(gè)邏輯量是1，機(jī)組才允許正常運(yùn)行。安全鏈回路監(jiān)控的項(xiàng)目有：超速，振動，變槳，偏航扭纜，緊急停機(jī)按鈕，PLC 主機(jī)等。

在風(fēng)電機(jī)組報(bào)故障后，現(xiàn)場檢查的方法往往是頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳，沒有對設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的檢查。對于新員工來說，對設(shè)備的認(rèn)知也經(jīng)常是局部的，沒有連貫性和系統(tǒng)性的認(rèn)識。同時(shí)，故障報(bào)警列表中，往往不能直觀看出故障的先后順序，且故障總數(shù)有時(shí)可能達(dá)到5～10 條，如此情況對于新員工來說，無疑加大了學(xué)習(xí)和實(shí)踐的難度。為使其系統(tǒng)化的理解和扎實(shí)的掌握檢修技能，根據(jù)現(xiàn)場的檢修經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出如下的檢修思路。

1.1 PLC 檢查

由于PLC 是控制的核心，所以要首先檢查PLC 的工作是否正常。通過檢查操作界面，確認(rèn)PLC 的軟件版本、工作狀態(tài)是否正確，不存在死機(jī)的現(xiàn)象。之后，外部檢查PLC 的狀態(tài)顯示是否正常，同時(shí)感知PLC 外殼，確定設(shè)備工作沒有過熱現(xiàn)象。

1.2 通訊檢查

PLC 工作正常后第二步檢查通訊功能，如果控制系統(tǒng)通訊存在問題，則風(fēng)電機(jī)組所有的設(shè)備狀態(tài)包括安全鏈的信號都無法檢測到。通訊模塊檢查項(xiàng)目主要包括：通訊模塊的電源供電模塊是否正常工作，通訊模塊的接頭和接線是否正確，設(shè)置的通訊波特率是否合適，通訊地址是否正確，通訊光纖的信號強(qiáng)度是否充足，接線是否正確。

1.3 安全鏈檢查

在通訊功能正常后，第三步檢查安全鏈回路。根據(jù)風(fēng)電機(jī)組的控制邏輯，如果安全鏈回路不閉合，機(jī)組的主要設(shè)備都是不能開始工作的。安全連回路檢查流程中，首先要確認(rèn)安全鏈模塊的工作狀態(tài)正常，安全鏈的軟件工作正常，如果安全鏈模塊已經(jīng)發(fā)生損壞，則在更換新模塊之前，后面一切檢查都是徒勞的。如果安全鏈軟件有問題，則需要重新下載或灌裝安全鏈程序。

排除軟硬件故障后，在根據(jù)電路圖紙接線原理，根據(jù)回路檢查各安全節(jié)點(diǎn)的功能是否正常，檢查過程中要分清故障原因。有的情況是安全鏈信號傳輸過程中存在干擾或故障，而非發(fā)生了不安全事件。而有的故障原因是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)確實(shí)達(dá)到了觸發(fā)安全報(bào)警的極限。如發(fā)生了嚴(yán)重的扭纜狀態(tài)，機(jī)艙振動超限等。當(dāng)所有安全連回路閉合，且狀態(tài)正常后，主設(shè)備開始工作，之后就可以進(jìn)行各分系統(tǒng)的檢查和故障排除。

1.4 各分系統(tǒng)設(shè)備檢查

風(fēng)電機(jī)組各分系統(tǒng)設(shè)備包括變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。在檢查這些系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，要嚴(yán)格按照電路圖所指示的回路進(jìn)行檢查。而檢查電氣回路的類別主要分為控制回路和動力回路。

控制回路主要有測量、控制和反饋三種功能。測量功能主要是將各類型傳感器如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、位置、加速度、風(fēng)速、風(fēng)向、電壓、電流等信號轉(zhuǎn)換成特定范圍的電壓信號以供PLC卡件測量來判斷設(shè)備的工作狀態(tài)。傳感器的電壓一般較低，但是也有例外情況，如有些電壓互感器的電壓值就在230V，如不小心，會有觸電的危險(xiǎn)。這些測量信號有的是電壓信號，有的是電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。因此，檢查和更換傳感器時(shí)，要注意電流傳感器回路中的分壓電阻的好壞，更換新的傳感器后也要注意安裝正確的分壓電阻。

控制功能主要是由PLC 卡件發(fā)出24V 控制信號，用弱電控制接觸器吸合和斷開以實(shí)現(xiàn)接通或斷開動力電源的目的，達(dá)到自動啟停電氣設(shè)備的作用。接觸器常見的損壞形式有，觸頭粘連，電磁線圈失效等，其結(jié)果均造成不能有效控制電氣設(shè)備，直至設(shè)備狀態(tài)參數(shù)超出正常的范圍而被測量信號檢測出來，報(bào)出故障。

反饋功能回路是對于一些帶有輔助觸點(diǎn)、漏電保護(hù)或過流保護(hù)的開關(guān)和接觸器，用來監(jiān)視、檢測這些設(shè)備的狀態(tài)，從而判定是否有過流、漏電等故障，這些信號一般是與PLC 數(shù)字輸入的DI 卡件形成的回路，通過常開、常閉邏輯判定被監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)。DI 模塊及回路使用相同的0V 和24V 的直流電壓而不是動力電壓380V，如當(dāng)空開跳開后，連帶的輔助開關(guān)也跳開了，PLC 的DI 模塊由閉合變成斷開，使PLC 捕捉到這些信號，并報(bào)出故障。

動力回路主要有三相回路和單相回路，單相電壓主要有230V 和380V 兩種。不論是檢查接觸器還是接線端子檢查，在檢修過程中都要注意斷電和驗(yàn)電的安全事項(xiàng)。同時(shí)在上電前要注意檢查設(shè)備的相間及對地絕緣狀況，以免上電出現(xiàn)短路，損壞設(shè)備。在電機(jī)維修后，還要驗(yàn)明相序是否正確，避免電機(jī)反轉(zhuǎn)。

電氣設(shè)備故障的檢查應(yīng)首先根據(jù)故障類型對照圖紙找到相應(yīng)的電氣回路，觀察回路中有無明顯的故障現(xiàn)象，如跳閘、過熱、燒損或接線松脫等，以判定是否出現(xiàn)過流現(xiàn)象或電氣元件的機(jī)械零件失效，進(jìn)行更換。如沒有明顯故障現(xiàn)象，通過控制界面查看是哪個(gè)反饋信號或測量信號不正常，檢查對應(yīng)的設(shè)備工作狀態(tài)是否存在問題。如設(shè)備狀態(tài)正常且無損壞，檢查測量回路和反饋回路是否正常。如無問題，檢查控制回路及控制元件，之后是動力回路和電氣設(shè)備。按照上述檢測方法，不但使檢查思路變得較為清晰，同時(shí)也加深了新員工對控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的認(rèn)識。

2 新員工現(xiàn)場培訓(xùn)注意事項(xiàng)

在新員工現(xiàn)場操作前，有必要進(jìn)行一些模擬故障處理的訓(xùn)練，筆者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了如下注意事項(xiàng)：

首先，在新員工現(xiàn)場實(shí)際操作培訓(xùn)前要進(jìn)行充分掌握安全規(guī)程、運(yùn)行規(guī)程和檢修規(guī)程，了解現(xiàn)場危險(xiǎn)點(diǎn)和反事故措施。同時(shí)充分進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，新員工對風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部的控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的原理應(yīng)有一個(gè)清晰的認(rèn)識，對風(fēng)電機(jī)組內(nèi)各系統(tǒng)的功能原理也要學(xué)習(xí)清楚。同時(shí)，熟悉設(shè)備檢修作業(yè)指導(dǎo)書，會識別標(biāo)準(zhǔn)電氣圖紙，掌握檢修用工器具和儀器儀表的使用方法。

其次，在進(jìn)行現(xiàn)場操作時(shí)，宜選在氣象條件良好，風(fēng)小不發(fā)電的時(shí)間，以最大限度的保障發(fā)電任務(wù)。同時(shí)，預(yù)先做好試題的出題和驗(yàn)證工作，以保證設(shè)備安全和正確培訓(xùn)新員工的目的。在培訓(xùn)過程中，故障點(diǎn)數(shù)量不宜過多，針對同一系統(tǒng)故障由1 個(gè)到2 個(gè)故障點(diǎn)組成，在學(xué)員操作過程中主要觀察其安全意識，檢修思路是否清晰，故障原因的分析是否正確。對不安全因素要及時(shí)糾正。

操作完成后新員工應(yīng)及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)班長總結(jié)和短評，查看新員工對問題分析的差距，同時(shí)讓新員工討論總結(jié)出比之前更好的檢修方案，從而有效提升檢修水平。

3 結(jié)論

通過1 個(gè)月左右的培訓(xùn)，新員工對設(shè)備的原理理解和認(rèn)識水平加深，故障分析速度加快，逐步能夠掌握設(shè)備檢查的要領(lǐng)和方法，檢修思路逐漸清晰，比單純的維護(hù)作業(yè)培訓(xùn)效果更加明顯。

[1]崔建紅，許健，劉京愛.我國風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀與趨勢科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)[J]，2009(10).

[2]楊校生，吳進(jìn)城，等.風(fēng)電場建設(shè)、運(yùn)行與管理.中國環(huán)境科學(xué)出版社[M]，2010，7.

[3]楊校生，等.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與風(fēng)電場工程.化學(xué)工業(yè)出版社[M]，2012，1.