风机运行中常见故障原因及处理思路张轮

风机运行中常见故障原因及处理思路张轮

张轮

（华能新能源上海发电有限公司上海市200126）

摘要：风机也就是风力发电机组，在当前的新能源发电中应用非常广泛，但在风机运行中由于工作环境恶劣、运转时间长、强度大等原因，造成风机会出现一些故障，本文就风机运行的常见故障进行了原因分析和处理策略研究。

关键词：风机运行；常见故障原因；故障处理思路

风机运行中常见的故障有变桨故障、变流器故障等，而变桨故障又分为变桨失效、机械故障等，变流器故障则表现为故障电流、故障电压等，这些故障的发生都有其背后的原因，我们只有探索这些原因才能采取合理的应对措施来对这些问题进行解决。

1风机变桨故障的原因与处理思路

1.1变桨失效原因和处理

当风轮进行转动时，机舱柜控制器的主要任务就是根据转速调整变桨位置从而使风轮按定值转动，这样才能产生平稳电能，如果此信号传输错误或发生延迟，就不能向变桨控制器传达正确的动作指令，而变桨系统会为了避免超速发出报错停机的指令。通常来讲，机舱柜控制器与变桨控制器之间发生传输错误主要原因是信号故障，对信号有影响的主要结构是信号线和滑环，遇到变桨失效故障时，应检查信号端子是否有电压，如果有电压，那么控制器就能发出变桨信号，然后查机舱柜到滑环部分，如果没有故障，再检查滑环，从检查滑环到轮毂，进行分段检查，逐步排查故障。

1.2变桨机械部分故障和处理

变桨机械部分的故障主要集中在减速齿轮箱上，其产生的主要原因是保养不到或质量问题，其表现主要是卡涩、转动不畅，这种故障还会导致变桨电机过流并且温度升高，基于这一认识，在有电机过流和温度高情况出现时，就要检查减速齿轮箱。变桨齿轮与编码器的铝制凸轮没有润滑，长时间摩擦，铝制凸轮容易磨损，重则将凸轮打坏，造成编码器不同步致使风机故障停机，轮毂内有给叶片轴承和变桨齿轮面润滑的自动润滑站，当自动润滑站缺少润滑油脂或油管堵塞时，齿面与叶片轴承得不到润滑，长期缺乏润滑必然造成永久地损伤，因此需要重视润滑这个环节，长时间的小毛病的积累，必然导致机械部件不可挽回的损坏。

2风机变流器中IGBT故障原因及处理思路

2.1风机变流器中IGBT故障类型和原因

风机变流器中的电气接线图如下。

图1风机变流器接线图

风机变流器在日常工作中,所处现场往往环境恶劣，高温发热、油水脏污、灰尘以及交变的电磁干扰等都无法估计，既影响变流器性能也极易导致变流器故障。目前风力发电机中电力电子开关大量使用了绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ），当其两端电压过高或过电流导致温度过高，亦或其运行功率超过了在正常工作温度下允许的最大耗散功率（最大集电极功耗）等，都可能导致开关管超过耐受极限而击穿或烧毁，有时甚至是永久性损坏。导致变流器中开关管过电压和过电流的原因是多方面的，常见的有变流器本身的质量问题、元件接触不良以及型号参数不匹配等，此外，风力发电机在运行过程中遭遇电网故障功率无法馈送入电网，导致功率直流侧和输出侧电压升高，发电机在运行过程中由于负载突变产生过高的冲击电流，发电机及传输电缆绝缘老化导致匝间或相间短路形成短路电流等，如最终超过元件的耐受限度，都会导致变流器元件故障。具体故障分析如下:

（1）故障电压，当功率半导体的雪崩击穿电压被超过时,即为这里所讨论的危险过电压。对于IGBT而言,过电压可在集电极和发射极之间发生,即在主电路端子之间,也可以在栅极和发射极之间发生,即在控制端子之间。其中电路端子间的过电压原因在变流器正常运行时,负载电流被有源开关主动关断在硬开关变流器或零电流开关变流器中,快速二极管被动关断,产生反向恢复电流及在电压型变流器短路时以及短路电流关断期间,出现高的乞电流型变流器出现故障时,被迫主动中断含有大电感的电流。

（2）故障电流，是指超过安全工作区的集电极或漏极电流,一般由错误的控制或负载引起。故障电流可通过以下机制导致功率半导体损坏高功率损耗导致的热损坏动态雪崩击穿静态或动态的擎住效应过电流引起的过电压。故障电流又分为过电流、短路电流和对地故障电流三种，其中过电流产生的原因是负载抗阻的突然降低和变流器控制系统出错；短路电流的产生原因主要是桥臂直流短路，其深层次原因则是控制系统对桥臂发出了错误的驱动信号，还有一种可能是负载短路，这就可能是内部结构出现了绝缘失效而造成的；对地故障电流的产生原因是带点导线直接接入了大地电位，这可能是人为因素造成的。

（3）过温，如果超过器件制造商所给定的最高结温则会出现危险的过温。在变流器运行期间,过温可能产生于由故障电流引起的功耗增加由驱动器故障引起的功耗增加冷却系统的故障。过温或者瞬态过热都会对、的使用寿命造成影响,所以不要在温度临界处使用。

2.2风机变流器中IGBT故障的处理思路

（1）故障电压的应对思路。若采用一般驱动电路,当发生短路或过流故障时,为了限制关断过电压,经阻值较大的电阻关断。这将使栅射电压缓慢下降,从而消除显著的关断过电压。然而,这是一种开环的控制方法,无法完全保证在任何情况下都能够安全关断。并且任何短路检测方法都需要一定的检测时间,如果关断信号在短路故障检测出之前使能,将发生损坏。对于一般驱动电路中存在的问题,采用有源籍位的方法,设计一种闭环的保护驱动电路,在栅极和集电极间加人瞬态抑制二极管,在检测到短路故障之后,经关断电阻关断,当极射电压升高至瞬态抑制二极管的击穿电压时,电流通过瞬态抑制二极管向门极充电,提高的门极电压,随着极射电压的继续升高,流过瞬态抑制二极管的电流将增大,实现了对极射电压的闭环保护。（2）故障电流的检测和处理。测量可用电流传感器或者分流器,通过降低或限制高额故障电流,特别是在短路和低阻抗的对地短路情况下,晶体管开关可以获得更好的保护。短路电流的幅度可以通过栅极一发射极电压的籍位来降低,除了限制动态短路过电流外,稳态的短路电流也可以通过减小栅极一发射极电压的方法进行处理,这一方法将减小短路期间晶体管的损耗,同时由于需关断的短路电流较低,过电压也随之降低。（3）过温故障的应对。在功率管模块的应用中,温度一般是在模块外通过散热片或者是在模块内部通过一个靠近功率半导体芯片的温敏电阻来测量,由于存在热时间常数的关系,所以只能获得有关平均温度的信息。如果在变流器中,当给定的参考值被超过时,系统将会立即关断或降额运行。

结束语

总之，在风机运行中会出现一些故障影响风机的正常运转，进而影响新能源发电系统的供电稳定性，因此我们要根据风机运行的特点、风机故障的原因和特点部署进行风机的维护和检修工作，同时还要针对风机维护技术人员进行严格培训，提升风机运行工作效率和可靠性，使风电更加高效地融入电网系统中。

参考文献

[1]金晓航,孙毅,单继宏,吴根勇.风力发电机组故障诊断与预测技术研究综述[J].仪器仪表学报,2017,38(05):1041-1053.[2017-09-27].

[2]赵勇,韩斌,房刚利.风力发电机状态监测与故障诊断技术综述[J].热力发电,2016,45(10):1-5.(2016-09-28)[2017-09-27].

[3]董开松,李涛涛,尹浩霖.风力发电机组故障分析与智能诊断[J].高压电器,2016,52(10):176-181.[2017-09-27].DOI：10.13296/j.1001-1609.hva.2016.10.030

[4]张新燕,何山,张晓波,周培毅,王维庆.风力发电机组主要部件故障诊断研究[J].新疆大学学报(自然科学版),2009,26(02):140-144.[2017-09-27].

[5]郑翔宇,赵廷红,董开松,艾斯卡尔,马喜平,李臻.风力发电机组故障穿越问题探讨[J].电机与控制应用,2014,41(08):36-40.[2017-09-27].

[6]张梅有.风力发电机组传动系统常见故障分析[J].宁夏电力,2011,(06):57-62.[2017-09-27].

[7]张晓东,许宝杰,吴国新,左云波.风力发电机组早期故障诊断[J].现代制造工程,2015,(03):126-131.[2017-09-27].DOI：10.16731/j.cnki.1671-3133.2015.03.022