淺論風電場電氣設備中風力發(fā)電機的運行與維護

江蘇龍源風力發(fā)電有限公司 陳碧洋 孫 星

本文簡要分析了風力發(fā)電機在運行過程中出現的幾種典型性故障，進一步分析了故障原因，并提出通過加強發(fā)電機的運行維護與管理來規(guī)避設備故障的產生，提高風電場電氣設備的可靠性，從而加快我國風力發(fā)電行業(yè)的進步。

1 風力發(fā)電機常見故障及處理

1.1 發(fā)電機葉片故障及處理

發(fā)電機葉片是為整個發(fā)電機組提供運行動力的一個重要組件，確保葉片的質量是機組安全穩(wěn)定運行的基礎，對提高發(fā)電效率和設備性能具有積極的效果。但風電場的環(huán)境大多處于高海拔、氣候條件和環(huán)境條件惡劣的地區(qū)，并且發(fā)電機葉片基本上一直保持著持續(xù)的、高強度的工作狀態(tài)，這種情況下其發(fā)生故障的幾率將大幅上升。根據實際調查發(fā)現，發(fā)電機葉片故障幾乎占據整個機組故障的30%以上，可見是一種極其常見且頑固的故障類型。

當發(fā)電機葉片產生故障時機組將無法正常工作，檢修人員需要第一時間找出故障點和故障原因，如果情況嚴重還需要重新更換葉片，顯然這時將會產生較大的經濟損失。想要盡可能規(guī)避這樣的問題，除了針對發(fā)電機葉片的故障表現采取有針對性的處理措施，還需要從加強日常巡檢的角度入手，及時了解和反饋葉片和整個機組的運行可靠性，爭取達成防患于未然的目的[1]。

1.2 發(fā)電機振動異常及處理

在現實工作環(huán)境中，關于風力發(fā)電機的質量評估在很大程度上需參考發(fā)電機振動這一項指標，一旦發(fā)電機出現振動過大的情況，其穩(wěn)定性必定會受到較大的影響，導致相關聯設備和零部件產生一定的破損，嚴重甚至造成大軸斷裂的問題，反之會使發(fā)電機的性能和運行效率受損。根據大量實踐和分析得出結論，發(fā)電機出現振動異常的情況主要是由以下幾個原因所導致：

首先，設計理念不科學，沒能按照實際的生產需求進行產品結構與性能的設計，繼而致使產品在后續(xù)使用中出現很多參數方面的問題，其設備及零部件的精度和質量都與要求存在較大的差距[2]；其次，風力發(fā)電機的工作強度無疑是巨大的，要長時間維持極快的運轉速度，以滿足在短時間生產出大量電能的生產要求，這種情況長此以往，發(fā)電機磨損程度將不斷加重，從而出現振動異常的問題。

最后，若后續(xù)采用的維護管理手段不科學或面臨極端天氣的侵襲，風力發(fā)電機同樣會遭受不可逆的傷害，產生振動異常。在進行發(fā)電機故障診斷時，可根據發(fā)電機運行期間有無伴隨較大噪聲來判斷振動異常的問題，一旦產生噪聲，需要客觀分析發(fā)電機的運行環(huán)境及傳輸系統是否出現了故障，并展開詳細的檢查，爭取在短時間內確定故障原因，方便后續(xù)對設備及零部件做出及時的維護和更換[3]。

1.3 變流器運行異常及處理

變流器的作用在于調節(jié)機組的輸出端電壓和電網電壓，確保即便葉輪運轉速度處于不斷變化的狀態(tài)下、輸出端電壓和電網電壓也能保持一致的頻率，這便是變速恒頻。變流器的運行穩(wěn)定是實現風電機組功率可控性的基本條件，同時能確保并網所輸出的電能質量良好，促進風電場發(fā)電水平的提升。結合眼下變流器在我國風力發(fā)電中的使用來看，其散熱方式主要分為風冷和水冷，此外變流器的柜體也需要及時散出熱量，否則內部線路和熱敏感元件的運行狀態(tài)必定會收到不良影響。

現階段段市面上售賣的產品大多并未在并網回路上設置斷路器，變流器在短路狀態(tài)下無法得到相應的保護，后續(xù)一旦出現短路問題拉弧燒毀的可能性將大大增加，繼而對變流器本身產生極大的損傷。針對變流器方面的問題，首先要密切關注其有無局部過熱情況，據此判斷變流器的散熱效果，及時對冷卻風扇進行清理、吹灰和打機油的處理，由此避免出現運行異常的問題。當異常發(fā)生后要及時調查故障原因，逐一檢查內部元器件的運行狀態(tài)，確保能盡早排除問題和隱患。

2 風力發(fā)電機故障產生原因

2.1 產品設計與生產相脫節(jié)

目前風力發(fā)電行業(yè)仍是一個小眾的行業(yè)，在技術研發(fā)、設備管理等方面都并不成熟，因此在后續(xù)產品設計中，可以很明顯的發(fā)現其顯現出了各種各樣的問題。眾所周知，任何生產活動中產品的設計與實際生產都并不是同步的，而由于目前風力發(fā)電在設計理念上仍然缺乏科學性，所以導致了設計與生產相脫節(jié)的問題。

從生產商的角度來分析，在市場競爭不斷加劇的環(huán)境下，生產商為了獲取更高的利益會私自更改甚至直接摒棄原有的設計方案，這種情況下生產出來的產品必定無法完全滿足風電廠的實際使用需求，相應的產品在后續(xù)使用中也會出現各種各樣的問題，故障發(fā)生率也因此而大幅提升。所以，今后應該著重解決的就是產品設計與生產相矛盾的問題，要圍繞實際的生產需求來完善產品設計方案，進一步提升產品性能，從而確保風力發(fā)電廠電氣設備得以安全穩(wěn)定的運行[4]。

2.2 檢修維護手段缺乏合理性

在設備檢修維護方面體現出來的不足可概括為以下三點：

第一，維護過程中存在的誤區(qū)較多。從理論上來講，對風力發(fā)電機的維護和管理是需要依靠合適的技術手段來實施對發(fā)電機的性能維護，但基于技術上的不足，使得風力發(fā)電機后續(xù)的運行效果和傳輸效率受到了不同程度的影響。同時，由于并未對風力發(fā)電機進行定期的檢修和維護，導致線路老化和機組老化的情況逐漸加深，繼而增加了后續(xù)的處理難度，同時也產生了較大的經濟損失。

第二，當前風力發(fā)電機的維護管理在整體上呈現出了一種十分混亂的狀態(tài)，管理體系不協調的問題直接影響到了后續(xù)各項檢修措施和維護管理手段的執(zhí)行。如，在進行電路檢修的過程中，正確的檢修流程和完善的檢修制度是確保這項工作得以順利高效完成的必要條件，但由于并沒有形成良好的管理制度，致使實際的工作成果大打折扣。

第三，技術人員的理論基礎和實操技能直接決定著設備維護與故障檢修的成果，但現階段來看我國相關領域的人才極為匱乏，其本身的能力與實際工作要求不匹配，所以不能及時的發(fā)覺和處理風力發(fā)電機在運行過程中出現的各種異常情況。再加上部分工作人員缺乏責任意識、工作積極性不足，這同樣影響到了發(fā)電機故障處理的及時性和實效性，不利于風電場各項風力發(fā)電活動的規(guī)范有序推進。

2.3 設備運維管理力度較差

風力發(fā)電機的運維管理是控制風電廠電氣設備故障的一項重要手段，通過定期檢查設備的運行狀態(tài)，有利于及時發(fā)現設備有無異常，從源頭消除設備故障的隱患，從而有效規(guī)避不必要的損失[5]。但實際上，如今仍有很多企業(yè)不重視發(fā)電機維護管理方面的工作，目前尚未形成一套完善的設備檢修維護制度，因而故障問題時有出現。

一來企業(yè)的運維工作執(zhí)行效果較差，并且很多工作人員本身沒有掌握豐富的專業(yè)知識和實踐經驗，這種情況為防范故障問題帶來了較大的困境；二來風電場中設備的數量較多，尤其是隨著近年來智能技術的進一步推廣與深入發(fā)展，設備的數量和復雜性都只增不減，此時在運維管理中落實設備的周期性檢查工作就顯得尤為重要，但事實上這項工作的推進效果并不好，企業(yè)監(jiān)管力度較差，很多安全隱患沒能得到及時的發(fā)現和處理。所以在接下來的時間里要強化變電運行故障的監(jiān)管和設備維護工作。

3 風電場電氣設備中風力發(fā)電機的運行與維護措施

3.1 做好設備的潤滑和清潔處理工作

對于大多數的機械設備來說，潤滑處理都是確保設備正常使用所采取的一項重要的、同時也是必不可少的措施，可謂是水之于沙漠中的旅人。通過定期向設備涂抹潤滑油，一方面能增加各個接觸部位的靈活性，對提高風力發(fā)電效率具有非常顯著的作用；另一方面也能減緩機械磨損，最大程度延長設備的使用壽命。而從風力發(fā)電機設備維護的角度來看，最經常使用到潤滑油的一般是葉片根部和齒輪等部位，所以針對這些部位，相關工作人員一定要進行及時的檢修和維護處理，要將不同設備和零部件的使用維護情況記錄在冊，方便后續(xù)備查和工作的交接。

現階段采用的對設備進行潤滑處理的依據，主要是通過觀察來評估和判斷機械設備的磨損程度，據此明確是否需要立即涂抹潤滑油。此外設備的清理工作也是不可或缺的，期間維護人員應該重點做好齒輪、閘墊和砸盤等部位的清理工作，不能任由污垢廢渣累積下去，而是要立即深入調查產生渣塵的來源和原因，這同樣是檢驗機械磨損程度的一種關鍵方法，經查未發(fā)現其它異常問題的情況下，及時清理設備上殘留的潤滑油，再重新進行潤滑處理，并做好記錄。

3.2 完善隊伍配置，培養(yǎng)高層次人才

客觀來講，風力發(fā)電行業(yè)近年來雖然獲得了迅速的進步和發(fā)展，在社會上也擁有良好的口碑，但目前仍舊屬于一種“小眾”行業(yè)，人們對相關領域的知識了解得比較少，更值得關注的是該領域的高理論型和高層次人才極度匱乏，顯而易見這種現象是非常不利于行業(yè)發(fā)展的。要想更好處理風電場及風力發(fā)電機在運行使用中出現的各類大小問題，順利突破眼下一個個技術上的難關，就必須注重高層次人才的引進和培養(yǎng)，著力構建一支高水平的技術團隊和管理隊伍，為行業(yè)從“小眾”走向“大眾”披荊斬棘。

在這方面，企業(yè)應該全面對接校園專業(yè)，選拔有能力、有想法和有激情的專業(yè)人才到企業(yè)內部參加實習實訓，不斷拓展新一代年輕人才的知識深度，同時讓他們在一次次的實操訓練中獲得實踐能力的提升，從中積累豐富的實踐經驗，如此便能使其更游刃有余地應對風力發(fā)電設備在運行過程中出現的各類異常情況。同時，對于風力發(fā)電企業(yè)來說，想要留住人才和吸納人才，要注重后續(xù)人員的管理和繼續(xù)教育，通過良好的企業(yè)文化和合理的晉升機制促使人才更好地為企業(yè)效力，進一步加快風力發(fā)電行業(yè)的前進腳步。

3.3 全面落實電路的日常維護與診斷

為確保風電場電氣設備的長效穩(wěn)定運行，要定期檢查電路的工作狀態(tài)，對其風險性展開科學的評估與診斷，現階段經常采用的線路檢測方法是單元分割法。根據對現階段我國風電場建設情況的了解，其電氣設備設施的類型多種多樣，而按照設備本身的結構和線路特征來劃分，主要包括電源系統、執(zhí)行系統、控制系統和保護系統這幾個主要部分。根據大量實踐證明，風電場在日常運營期間，其產生的線路故障通常包括集成線路故障、三芯電纜故障和雷電等惡劣天氣導致的電路故障。

首先，在三芯電纜與地線相連接的前提下，如果其它兩芯出現斷路、那么整條線路將發(fā)生短路的情況。一旦集成線路出現故障，工作人員應該立即對繼電保護裝置以及箱變、風機等設備的運行狀況展開全面的檢查，同時需要在電氣設備和線路上安裝好高性能的避雷器，讓線路免受惡劣天氣的影響。在此基礎之上，提前設置好風險防范措施，如針對降雪霜凍等突發(fā)天氣，應根據實際情況采取停電處理措施，直至冰雪完全融化之后方可正常供電，期間為了避免出現線路局部高溫的現象，還應該對融冰線路做好短線處理，從而全面杜絕安全隱患的產生，為風力發(fā)電機和風電場的持續(xù)安全運行提供強力保障。

4 結語

加強風力發(fā)電機的運行維護與管理，對降低設備故障發(fā)生率、保障風電場的生產效益有重要作用，是推動整個風力發(fā)電行業(yè)實現進一步發(fā)展的前提和基礎，對此廣大從業(yè)者必須立足于實際，深入探索科學有效的維護管理措施。