風(fēng)力發(fā)電機組故障預(yù)警策略探討

張文博

摘要：風(fēng)能的開發(fā)利用是實現(xiàn)碳峰值和碳中和的重要手段。目前，風(fēng)力機的安裝規(guī)模日益擴大，風(fēng)力機的故障集中在轉(zhuǎn)子、主軸、齒輪箱、發(fā)電機、變頻器和液壓制動系統(tǒng)。有些傳動鏈故障停機時間長，備件采購周期長，需要使用起重機等大型機械設(shè)備進行相應(yīng)的維護，這不僅增加了風(fēng)電機組的運行維護成本，也影響了風(fēng)電機組的發(fā)電，從而降低了風(fēng)電機組的經(jīng)濟性。為了降低運行維護成本，提高運行維護效率，風(fēng)電場運行維護人員開始采用預(yù)防性維護策略。通過故障報警，在風(fēng)機設(shè)備尚未發(fā)生故障或損壞的前提下進行維護和檢查。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機組;故障報警;策略分析研究

1風(fēng)電機組運行故障的主要形式

1.1葉片部件有故障

當(dāng)葉片長期暴露在空氣中時，葉片表面經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕、磨損等問題，導(dǎo)致風(fēng)機工作效率顯著降低，并發(fā)生一系列故障。同時，在長期高負荷運行環(huán)境下，葉片的性能和質(zhì)量會不同程度地降低，整體結(jié)構(gòu)容易松動，導(dǎo)致葉片在旋轉(zhuǎn)過程中受力不均，風(fēng)機設(shè)備無法正常運行。對于葉片故障，技術(shù)人員應(yīng)及時關(guān)注，并及時修復(fù)損壞的葉片和結(jié)構(gòu)，避免后續(xù)生產(chǎn)過程中發(fā)生更嚴重的事故。

1.2齒輪箱有故障

通常采用齒輪箱控制主軸左轉(zhuǎn)速度，實現(xiàn)風(fēng)能向電能的轉(zhuǎn)換，從而有效提高電能質(zhì)量。齒輪箱故障將直接影響設(shè)備的運行。一般來說，齒輪箱長期運行后，由于摩擦?xí)r間長，內(nèi)部溫度會急劇升高。在這個過程中，如果不及時進行散熱工作，潤滑油的作用會嚴重降低，導(dǎo)致機組的負荷變化和工作轉(zhuǎn)速變化。同時，部分設(shè)備內(nèi)部齒輪箱設(shè)計不合理，齒輪承載能力估算不足，導(dǎo)致設(shè)備啟動后出現(xiàn)故障。此外，在發(fā)電機組長期惡劣的環(huán)境條件下，變速箱內(nèi)部不可避免地會出現(xiàn)銹蝕、磨損等一系列問題，這將對風(fēng)力發(fā)電的利用產(chǎn)生負面影響。

1.3電機系統(tǒng)有故障

風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)故障主要受系統(tǒng)環(huán)境條件的影響。由于作用機理的特殊性，風(fēng)力發(fā)電機組經(jīng)常暴露在室外，在運行過程中不可避免地會遇到灰塵、雨、雪、風(fēng)等惡劣天氣條件，在長期潮濕的環(huán)境中，電機系統(tǒng)容易發(fā)生機械短路、軸承磨損和過熱故障。同時，系統(tǒng)軸承磨損嚴重，內(nèi)部溫度過高，也會在一定程度上導(dǎo)致設(shè)備故障停機。電機系統(tǒng)的穩(wěn)定性將對整個風(fēng)力發(fā)電機組的效率和電能質(zhì)量產(chǎn)生決定性影響。

2風(fēng)力機故障預(yù)測技術(shù)

2.1機組機械系統(tǒng)故障預(yù)測技術(shù)

如果機組中的機械系統(tǒng)發(fā)生故障，會影響整個機組的運行，甚至造成停機，不僅影響發(fā)電效果，還會形成大量的維修費用，嚴重影響工作效率和經(jīng)濟效益。較為常見的機械結(jié)構(gòu)有軸承結(jié)構(gòu)、齒輪箱和葉片等，由于日負壓大、工作環(huán)境差等原因，此類裝置容易發(fā)生故障。因此，在故障預(yù)測中應(yīng)更多地關(guān)注此類設(shè)備。在具體的預(yù)測中，可以從以下幾個方面入手：首先，利用隱馬爾可夫模型和半隱馬爾可夫模型對動態(tài)部件的運行狀態(tài)進行分析，從而推斷軸承的退化狀態(tài)，判斷軸承的壽命。該方法在實際應(yīng)用中效果良好，預(yù)測效果最好。例如，一些學(xué)者利用離散觀測序列提取隱半MSRkov鏈，并在此基礎(chǔ)上利用轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)移矩陣預(yù)測故障。Dong使用HMM準(zhǔn)確預(yù)測泵的壽命。Bechhoefer使用改進的HMM預(yù)測旋轉(zhuǎn)軸。曾慶虎借助離散HSMM建立了軸承退化模型，各種研究結(jié)果表明了該理論和模型預(yù)測的可行性。其次，通過伽馬過程分析設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，可以得到設(shè)備使用壽命的概率分布，并根據(jù)數(shù)據(jù)密度判斷具體的使用壽命。第三，可以通過相位的平均根值計算設(shè)備的性能和使用狀態(tài)。利用麥克風(fēng)多點監(jiān)測的方法可以分析設(shè)備的噪聲狀態(tài)，利用小波分析方法提取設(shè)備故障數(shù)據(jù)進行故障診斷。因此，機械系統(tǒng)的故障預(yù)測需要依靠不同的計算模型對設(shè)備數(shù)據(jù)進行分析，通過模型和數(shù)據(jù)分布找到性能退化或壽命的信息點，從而達到故障預(yù)測的目的。

2.2機組電子系統(tǒng)故障預(yù)測技術(shù)

近年來，風(fēng)力發(fā)電越來越受到人們的重視，其故障診斷和預(yù)測也越來越深入。電子系統(tǒng)故障在檢修、預(yù)測中是一個重要環(huán)節(jié)，雖然不能形成大面積停機，而且維護成本較低，但故障次數(shù)越多會增加維護難度，且系統(tǒng)故障時間短，如果仍有可能造成故障系統(tǒng)癱瘓，增加故障檢測的難度。在實際的預(yù)測工作中，可以進行以下幾個方面的工作：第一，系統(tǒng)植入。在系統(tǒng)建設(shè)和運行之初，應(yīng)該對系統(tǒng)進行優(yōu)化，并將其植入自主維護系統(tǒng)中，使其能夠獨立地檢測、檢查、隔離和修復(fù)故障，減少預(yù)測負擔(dān)。二是保護職能的確立。與植入類似，系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)增加保護功能模塊。當(dāng)發(fā)現(xiàn)故障時，可以啟用保護模式，相關(guān)技術(shù)人員也可以啟用此功能。第三，數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。為了對電子系統(tǒng)進行監(jiān)控，可以適當(dāng)增加報警功能，當(dāng)遇到重大故障時，可以向相關(guān)技術(shù)人員發(fā)出警告，并通過數(shù)據(jù)顯示問題的位置，及時解決問題。第四，建立壓力或疲勞模型。利用該模型對故障狀態(tài)和程度進行了預(yù)測。

3風(fēng)電機組故障排除措施

風(fēng)機故障的解決措施一般是基于產(chǎn)生機理和原因，建議在風(fēng)機日常維護中加強對發(fā)電機、驅(qū)動軸和齒輪箱的檢查。通過“聽、摸、看”，針具可以檢測發(fā)電機和齒輪箱是否卡住，是否有噪音，操作是否順暢。還可以通過振動監(jiān)測收集數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析;用溫度計測量溫度，也可以用手觸摸軸承外殼溫度，檢查其是否在可控范圍技術(shù)規(guī)范的數(shù)值要求內(nèi);檢查潤滑油油位的高度、顏色和粘度，檢查加油記錄時間、油品、加油量以及各設(shè)備軸承油的類型和規(guī)格是否正確。當(dāng)發(fā)生故障時，首先根據(jù)故障信息和監(jiān)控系統(tǒng)的操作說明定位故障點，停機進行維修。為了快速重啟風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，建議在故障點更換設(shè)備。每個風(fēng)場應(yīng)儲存多個易損件和易耗件備份。對于無法更換的大型設(shè)備，應(yīng)迅速組織人力物力，及時制定應(yīng)急維修保養(yǎng)計劃。故障排除后，將故障點、故障排除方法、原因整理成文件，供類似故障發(fā)生時參考。

4結(jié)論

風(fēng)電機組故障診斷技術(shù)可以有效縮短故障診斷時間，提高故障診斷的準(zhǔn)確性。風(fēng)電機組故障診斷措施的有效實施，不僅可以為風(fēng)電系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)提供更完善的質(zhì)量，也可以為風(fēng)能開發(fā)布局、區(qū)域機組選型提供指導(dǎo)，為高效的能源轉(zhuǎn)換、后期維護提供指導(dǎo)，提供設(shè)備技術(shù)更新，為產(chǎn)品的現(xiàn)場升級提供建設(shè)性建議。

參考文獻

[1]毛小麗.風(fēng)力發(fā)電機組故障特征分析與診斷方法研究[D].華北電力大學(xué)，2017.