风电机组电气与控制设备检修技术

风电机组电气与控制设备检修技术

晋高建陈志威

（国华（诸城）风机发电有限公司山东省诸城市262200）

摘要：随着社会经济的发展，人们在生活工作中对能源的需求越来越大，这推动了我国风电装机容量的增长。风电装机容量的快速增长带来了大量的绿色能源，也真正落实了我国可持续发展战略。保证风电机的持续稳定工作具有重要意义，其中，对于风电机组的的检修尤为重要。本文对风电机组的电气与控制设备进行说明，论述了排查故障系统的重要性，进而研究电气与控制设备检修技术方法。

关键词：风电机组；电气；设备控制；检修技术

引言：

近几年，风电机组的发展十分迅速，国内众多公司投入运行风电机组数量逐年增加因此检修工作量也不断增多。风电机组的检测控制系统，在实际应用过程中其功能上可以满足用户的使用需求，但也并非绝对的安全，在有些情况下会造成风电机组的非正常停机，这就直接影响了公司的发电量。在风电机组投入使用的质保期一般为二至五年，在质保期到期之后，风电机组的检修工作就需要由风电场来负责。风电场组件检修中，有不少工作人员设备检修经验较少，而且风电机组中电气与控制的故障还有隐蔽性的特点，这给电气与控制的设备检修的工作人员进一步增加了难度。因此，此类故障相关检修人员应高度重视，从根本上提升风电机组检修质量。

一、风电机组概述

新风电机组一般运行比较稳定，发生故障的几率比较低，师傅可以在实习期引导学生进行上机维护，从而积累检修经验。为了有效解决新员工的素质培养难题，检修部门一般会自行编制检修作业指导书或者故障处理受测，对新员工提供知识资料。为了有效改善新员工的操作能力，本文主要从控制系统、电气系统方面，重点分析了电气与控制系统检修思路，从而为检修人员设备检修操作能力的培养提供支持，维持风电机组的正常运行，创造出良好的经济效益与社会效益。

风机出口电压690伏(0.69千伏)，每台风电机组带一个箱变，变比一般是0.69/35(或者0.69/10.5)千伏，升压至35kv后，多台风电机组通过场内汇集线路(可以是架空线路也可以是电缆)像葡萄一样串起来，一个50MW的风电场一般是3-4回汇集线;汇集后接到风电场升压变的35kV侧，因为单台变压器的容量有限，所以大容量的风电场可能会有多台升压变;至于电容器，因为并网导则要求风电场具有一定的无功功率调节能力，所以一般会在升压变低压侧配置一定的无功补偿装置，电容器仅仅是其中的一种，还可以是SVC或者SVG，风电场送出线路较长的话，有时候还需要安装一定容量的感性无功设备。风力发电机组控制系统工作的安全可靠性已成为风力发电系统能否发挥作用，甚至成为风电场长期安全可靠运行的重大问题。

二、控制系统故障排查的重要性

控制系统能够实现控制单元对风电机组信号的采集及控制，主要的部件包括：PLC主机、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、通讯模块、安全链模块。在风电机组运行中，安全链回路最为安全，安全链回路由多个节点串联组成，每个节点对应的逻辑变量都为1才能保障安全链导通，从而保证机组的正常运行，这些节点分别对应风机系统的振动、超速、偏航、PLC主机故障等故障信号。通讯模块，主要通过与第三方的各种通讯协议，实现PLC主机对各种信号的采集已经控制量的输出，达到最终控制电气设备的目的。若任何节点对应的故障发生都会导致节点断开，使得安全链回路断路，从而触发机组停机指令来对正在运行的风电机组实施紧急停机。现场排查风电机组出现的具体故障尤为复杂，特别是同时出现多条故障报警信号，更增重检修人员现场排除故障的难度。由此可见，对于整理套系统、有序的故障处置作业规范十分必要。

三、风电机组电气与控制设备检修技术

控制系统作为风电机组的重要神经中枢，是能够感知以及控制风电机组系统所有设备的系统，是系统正常运行的重要保障。风电机组控制系统主要模块有PLC主机、数字输入D工、模拟输入模块A工、PLC通讯模块等。通信模块主要是利用通讯协议，能够有效传输PLC主机的设备以及指令状态信息，同时可以保证电气设备处于所需工作状态下。风电机组的安全链回路模块，是风电机组安全有效运行的重要保障，使用串联回路将节点有效连接。串联回路中，如果有一个节点被断开，则整个处于短路状态，可以有效避免安全事故的发生。因此，安全链回路的功能是保障风电机组的安全性。安全链中，各个节点的关系为逻辑与，只有在每个逻辑量都为1的情况下，机组才能够正常运行。安全链主要用于监测变桨、紧急停机按钮、偏航纽缆、振动等多种项目。

1.对PLC主机的检查

PLC是机器控制的核心，检查PLC是否正常工作可以通过以下几点：判断PLC主机正常运行可以通过电源指示灯、操作界面等；操作界面还显示了PLC的软件版本、工作状态，可以排除死机故障；测量PLC外壳温度，确定设备有没有出现过热现象，以维持正常运行。

2.对通讯模块的检查

在确定PLD正常工作后，应对通讯功能进行检查。通讯模块检查主要是为了检查通讯单元是否存在故障。通讯模块故障会导致风电机组包括安全链的信号在内的所有设备状态都无法被检测到。通讯模块的检查内容，应该包括：测量输入电压是否在正常范围，讯模块的电源供电模块是否正常工作，查通讯模块中设置的通讯地址是否正确、波特率以及选择的通讯规约是否合适，通讯光纤的信号强度是否充足等。

3.对安全链系统的检查

在排除PLC和通讯模块的故障之后，第三步应根据风电机组的控制逻辑检查安全链回路。如果安全链回路不闭合，风电机组的所有主要设备都无法开始工作。在安全连回路检查流程中，第一步是要确认安全链模块的工作状态是否正常以及安全链的软件工作是否正常。如果检查发现安全链模块已经发生了损坏，则应及时更换新模块，否则之后的一切检查都无法正常进行；如果安全链软件出现了问题，则需要重新下载或灌装安全链程序，在排除软硬件故障后，再根据电路图纸接线原理、回路检查各安全节点的功能是否正常。在安全链模块自身故障排除之后，排除干扰信号，并对照接线原理图，逐排查安全链的各个节点，处理造成安全链断路的外部故障信号，保证各个节点处十闭合状态，保证设备的正常运行。

另外，检查过程中要分清故障原因，有的情况是安全链信号传输过程中存在干扰或故障，而非发生了不安全事件；而有的故障原因是设备运行状态确实达到了触发安全报警的极限，如：发生了严重的扭缆状态，机舱振动超限等。当所有安全连回路闭合，且状态正常后，主设备开始工作，之后就可以进行各分系统的检查和故障排除。

4.检查各个分系统

风电机组各分系统设备包括变桨系统、偏航系统、液压系统、润滑系统、冷却系统等在检查这些系统设备时，要严格按照电路图所指示的回路进行检查而检查电气回路的类别主要分为控制回路和动力回路。

控制回路主要有测量、控制和反馈三种功能测量功能主要是将各类型传感器如温度、压力、转速、位置、加速度、风速、风向、电压、电流等信号转换成特定范围的电压信号以供PLC卡件测量来判断设备的工作状态传感器的电压一般较低，但是也有例外情祝，如有些电压互感器的电压值就在230V，如不小心，会有触电的危险这些测量信号有的是电压信号，有的是电流信号转换成电压信号因此，检查和更换传感器时，要注意电流传感器回路中的分压电阻的好坏，更换新的传感器后也要注意安装正确的分压电阻控制功能主要是由PLC卡件发出24V控制信号，用弱电控制接触器吸合和断开以实现接通或断开动力电源的目的，达到自动启停电气设备的作用接触器常见的损坏形式有，触头粘连，电磁线圈失效等，其结果均造成不能有效控制电气设备，直至设备状态参数超出正常的范围而被测量信号检测出来，报出故障反馈功能回路是对于一些带有辅助触点、漏电保护或过流保护的开关和接触器，用来监视、检测这些设备的状态，从而判定是否有过流、漏电等故障，这些信号一般是与PLC数字输入的DI卡件形成的回路，通过常开、常闭逻辑判定被监控设备的工作状态DI模块及回路使用相同的OV和24V的直流电压而不是动力电压380V，如当空开跳开后，连带的辅助开关也跳开了，PLC的DI模块由闭合变成断开，使PLC捕捉到这些信号，并报出故障

动力回路主要有三相回路和单相回路，单相电压主要有230V和380V两种不论是检查接触器还是接线端子检查，在检修过程中都要注意断电和验电的安全事项同时在上电前要注意检查设备的相间及对地绝缘状祝，以免上电出现短路，损坏设备在电机维修后，还要验明相序是否正确_避免电机反转。

电气设备故障的检查应首先根据故障类型对照图纸找到相应的电气回路，观察回路中有无明显的故障现象，如跳闸、过热、烧损或接线松脱等，以判定是否出现过流现象或电气元件的机械零件失效，进行更换如没有明显故障现象，通过控制界面查看是哪个反馈信号或测量信号不正常，检查对应的设备工作状态是否存在问题如设备状态正常且无损坏.检查测量回路和反馈回路是否正常如无问题，检查控制回路及控制元件，之后是动力回路和电气设备按照上述检测方法，不但使检查思路变得较为清晰，同时也加深了新员工对控制系统和电气系统的认识。

四、强化风电机组电气与控制系统科学检修分析

风电机组出现故障时，最常使用的方法是故障检查法，该方法的基本原则是对症下药，不需要对风电机组进行全面系统检查。部分缺乏经验的员工对设备的认知还比较比较局限，系统性以及连贯性还需要提高。在故障的报警列表中，这类员工不能直观看出故障的直接联系。电气故障的分析，需要检查人员具有系统的知识体系以及扎实的检修技能。风电机组电气故障时影响风电机稳定性的重要因素，对电气与控制系统故障有效排除，能够为风电机组维护提供保障。通过对电气故障进行有效排除，不断强化对风电机组电气与控制系统的故障诊断以及分析。在风电机组故障管理过程中，应该有效应用科学管理理念，排除相关的安全隐患，严格按照标准进行电气故障维护，有效提高电气系统的稳定性，从而增加风电机组的使用寿命。

五、风电厂提高实习风电机组检修人员素质的措施

随着技术的不断提高，研究人员对风电机组不断优化，新型的风电机组发生故障的概率较低。因此，风电厂可以将具备经验的风电机组检修人员和经验较少的实习检修人员进行组合，培养实习风电机组检修人员的操作技能，引导实习人员进行实际维护工作，提高检修经验。新员工现场实际操作培训中，首先应了解现场危险点和反事故措施，并结合安全规程、运行规程和检修规程开展操作，其次，对风电机组内部的控制系统和电气系统的原理有一个明确的认识。另外，风电机组内各系统的功能原理的学习也尤为重要。在经验丰富的风电机组检修人员的指导下，新员工要尽快熟悉设备检修作业指导书，会识别标准电气图纸，掌握检修用工器具和仪器仪表的使用方法。在现场操作环境，应择选气象条件好的条件下开展，例如风小不发电，最大限度的保障发电任务。其次，预先做好试题的出题和验证工作，保证设备安全。在具体的培训过程中，故障点数量不应过多。

参考文献：

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