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(chǎn)技術(shù)的提高，風力發(fā)電機組在發(fā)電中的使用越來越多。在風機運行中，會出現(xiàn)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(jīng)濟損失。因此，技術(shù)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(shù)總體來說還存在一定不足，需要管理人員不斷地優(yōu)化和改進技術(shù)應(yīng)用和相關(guān)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(fā)電機設(shè)備故障的管理。因此，技術(shù)人員在日常維護中，必須注意SCADA告警情況，針對相關(guān)故障采取適當維護方法。當出現(xiàn)問題時，全面提升風電機組的檢修質(zhì)量。

關(guān)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(yǎng)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(wěn)定的基礎(chǔ)。通過科學的設(shè)備維護，技術(shù)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(xù)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(chǎn)損失。確保風機安全運行，提升其運行的可靠性和經(jīng)濟效益。

1 風機運行常見故障及相關(guān)診斷方法

1.1 風力發(fā)電機故障及診斷方法

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

1.2葉片故障及常規(guī)診斷方法

葉片是風能生產(chǎn)的主要部件，由纖維復合材料制成。由于它長期處于惡劣環(huán)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(shù)發(fā)展，其葉片長度不斷增加甚至到達90米以上，所以體積和質(zhì)量也在不斷提高。如果發(fā)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(yīng)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(guān)問題。由于表面產(chǎn)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(shù)人員也可在機翼上安裝防冰系統(tǒng)，以提高其在低溫下的運行可靠性。

1.3主控系統(tǒng)相關(guān)故障及診斷

主控系統(tǒng)是設(shè)備運行的大腦，也是主要部件。風扇的運行由主控制系統(tǒng)控制，主要控制系統(tǒng)是由PLC的模塊和與背板總線進行連接。該設(shè)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(shù)字或模擬信號異常、信號無響應(yīng)、指示燈不亮等，解決方法是及時更新程序或設(shè)備。外部故障常在后臺系統(tǒng)中作為警報調(diào)用，借助相關(guān)告警提示和代碼顯示，技術(shù)人員可快速找到設(shè)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(tǒng)的相關(guān)報告，避免造成嚴重的風電機組不安全事故發(fā)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(fā)電機。齒輪箱的結(jié)構(gòu)復雜，受力大，所以運行時容易發(fā)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(xiàn)故障，會對齒輪箱造成損壞。因此，進行振動監(jiān)測是比較有效的檢測方法，也是衡量齒輪、軸承運轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的密封性，同時，定期打開齒輪箱進行檢查，或使用內(nèi)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(shù)人員要進行傳感器和振動測試，要重視齒輪箱、發(fā)動機等部件的日常維護。

2 提升風機設(shè)備維護與故障排除的相關(guān)措施

2.1 優(yōu)化服務(wù)方式選擇

技術(shù)人員根據(jù)風機故障類型，將其分為早期、意外和損害故障。根據(jù)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(shè)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(fā)現(xiàn)設(shè)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(wěn)定。維護人員嚴格遵守維護計劃，定期對風機保養(yǎng)，特別對傳動系統(tǒng)、導體母線、螺栓等結(jié)構(gòu)部件進行檢查。風機運行第二年，在日常維護中要根據(jù)故障頻率建立部件儲備，減少因設(shè)備部件缺失而造成的停機問題。設(shè)備運行第三年，已進入穩(wěn)定運行期。管理人員須根據(jù)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(xiàn)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(tǒng)進升級，以更先進的技術(shù)，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(shè)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(zhí)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(xiàn)故障時，除更換電機制造商外，還考慮整體系統(tǒng)的設(shè)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(chǎn)生的影響。雖然風場區(qū)域特性存在差異，但可通過有效的糾正技術(shù)加以消除。風電場運行和故障排除，要不斷進行研究和總結(jié)，以制定更完善的風電場技術(shù)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(shè)施設(shè)備技術(shù)改造，確保風電機組穩(wěn)定運行，使風能發(fā)展適應(yīng)日益增長的能源需求。

2.3風機設(shè)備維修基本策略

首先預防性維護，它發(fā)生在設(shè)備故障前，使設(shè)備達到規(guī)定的運行狀態(tài)。此類措主要是添加潤滑脂、雜質(zhì)清理、部件更換等。為防患于未然，要確保在故障發(fā)生前采取行動。預防性維護適用于危險故障，在完成任務(wù)后能有效減少設(shè)備經(jīng)濟損失。它被廣泛認為是解決系統(tǒng)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(chǎn)效率，所以預防性維護要有明確的時間節(jié)點。其次是事后維護，它是設(shè)備出現(xiàn)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(jīng)常性故障的設(shè)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(shè)備故障間隔或運行時間以及維護計劃基礎(chǔ)上，提前進行設(shè)備檢修和維護，無論設(shè)備是否處于最佳運行狀態(tài)。技術(shù)人員要合理分析設(shè)備磨損時間，故障產(chǎn)生間的關(guān)系。以提前排除設(shè)備故障，保障系統(tǒng)的正常運行。在大多數(shù)情況下，技術(shù)人員會制定維護策略保持設(shè)備良好的工作狀態(tài)。在實際工作中，許多設(shè)備故障的時間存在一定的曲線特性。在這種情況下，應(yīng)采用先進的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，對設(shè)備功能進行檢測和分析，綜合判定其運行狀況。如設(shè)備在維修中有磨損特性，應(yīng)按照監(jiān)測標準及時報告。設(shè)備維護還應(yīng)基于系統(tǒng)狀態(tài)的實時評估，這也是提升風電系統(tǒng)維護質(zhì)量的主要趨勢。并且系統(tǒng)維護計劃和運行狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)檢修計劃進行比較總結(jié)，以分析設(shè)備維護工作存在的問題。根據(jù)實際維護質(zhì)量制定合理的維護措施[1]。

3加強對風機組部件及相關(guān)實驗的分析

3.1 加強風機部件維護的相關(guān)性分析

根據(jù)風機部件維修定義分拆，部件維修相關(guān)性分為三類，即經(jīng)濟相關(guān)性、結(jié)構(gòu)相關(guān)性以及隨機相關(guān)性。經(jīng)濟相關(guān)性分為經(jīng)濟正相關(guān)和負相關(guān)。它意味著修復幾個組件比單獨修復一組件會節(jié)省更多資金。設(shè)備系統(tǒng)通常包括各種設(shè)備，所以必須進行專業(yè)化的維護，以顯著減少設(shè)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(chǎn)品質(zhì)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(jié)構(gòu)性相關(guān)問題：故障組件應(yīng)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(guān)系是基于故障性能服務(wù)的，而不會產(chǎn)生組件間故障。而隨機相關(guān)性它能對整個系統(tǒng)過程產(chǎn)生相互影響，從而使組件間的不同部分故障產(chǎn)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(jīng)濟性相關(guān)而言，它不影響部件結(jié)構(gòu)的使用性能。其重點是結(jié)合不同部件維護，以達到最佳維護效率。同時結(jié)構(gòu)相關(guān)性也是如此，兩者都注重組件的正常使用[2]。

3.2 加強對設(shè)備故障分布的總結(jié)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(xiàn)在電氣、主控系統(tǒng)和風電機組中。發(fā)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(lián)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(tài)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(fā)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(fā)電量，減少停機時間和電力損失。從提高機組發(fā)電量角度看，改善機組功率曲線是非常重要的，它是根據(jù)風況改變管理質(zhì)量的必要工具。每個風電場的風力發(fā)電機其風速概率分布是不同的，常用二參數(shù)威布爾分布曲線表示風速分布模型。當其參數(shù)變化時，不同風速段會發(fā)生顯著變化。可通過改變Copt增益增加機組發(fā)電量，促進高頻風能吸收和提高系統(tǒng)整體發(fā)電量對不同設(shè)備風頻功率進行優(yōu)化，以提升機組的輸出功率和效能。這種情況，PBA發(fā)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(tǒng)的能耗損失。因此要提高對設(shè)備故障的預測能力，根據(jù)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(fā)電量。其關(guān)鍵是提高元件質(zhì)量、系統(tǒng)的設(shè)計水平和設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量。要從以下向幾方面入手，首先是增強機組器件設(shè)計的可靠性。設(shè)計應(yīng)考慮其運行環(huán)境和應(yīng)用條件，要在關(guān)鍵部位增加連接，強調(diào)安裝質(zhì)量的可靠性。在提高系統(tǒng)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(shù)。其次要通過精益制造和調(diào)試，控制設(shè)備的輸出。風電機組生產(chǎn)中要執(zhí)行標準化操作，在原型制造設(shè)備后，應(yīng)進行工廠測試。必須通過全功率測試和電網(wǎng)設(shè)備檢查，滿足電氣系統(tǒng)的運行性能。在進入量產(chǎn)階段，要積極改進機組投產(chǎn)流程，在調(diào)試中嚴格遵守設(shè)備的調(diào)試要求。在精調(diào)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(fā)輪轂和機艙調(diào)節(jié)平臺，實現(xiàn)智能自動調(diào)節(jié)，消除調(diào)節(jié)中人為操作影響。用先進的控制系統(tǒng)，改進集線器的調(diào)試效果，增加電源檢測相序、通訊接的功能性。對于機組的調(diào)試內(nèi)容要增加偏航系統(tǒng)、液壓以及制動系統(tǒng)測試和調(diào)整，以實現(xiàn)全面的調(diào)試管理工作。通過精調(diào)過程，顯著提高風機調(diào)試質(zhì)量，同時加快風場系統(tǒng)的調(diào)試速度，及時發(fā)現(xiàn)軟硬件系統(tǒng)的問題，提高風機運行的穩(wěn)定性。加強對風電場人員素質(zhì)的培訓，確保風電機組維護人員素質(zhì)不斷提高，具備良好的風電機組運行技術(shù)[4]。

4.3全面優(yōu)化MTOTI 檢修時間

要減少機組維修時間，其關(guān)鍵是快速記錄系統(tǒng)發(fā)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(tǒng)故障的預測能力，以加強對大數(shù)據(jù)在線監(jiān)測技術(shù)的分析能力。由于遠程維護平臺兼顧了數(shù)據(jù)采集、控制、診斷管理等功能，可在故障發(fā)生早期消除隱患。通過對平臺風電機組的數(shù)據(jù)管理，對設(shè)備進行全面方位的監(jiān)控，及早發(fā)現(xiàn)問題，以盡快進行維護[5]。

結(jié)束語

目前，隨著風電場的建設(shè)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(fā)展的階段，自動化智能化的風電場成為未來發(fā)展的主方向。所以技術(shù)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(shè)備的控制，不斷提升對全套精密部件的維修，如齒輪箱、發(fā)電機、葉片。通過對機組各種故障問題進行系統(tǒng)性的分析，并根據(jù)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(shù)據(jù)處理技術(shù)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(yè)，2020（06）：68-70.

[3]孟鵬飛，李強.基于SCADA故障告警數(shù)據(jù)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(shè)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(fā)過振保護跳機故障的分析處理[J].廣東電力，2017，30（02）：54-58.