风电场电气运行常见故障及应对措施分析

风电场电气运行常见故障及应对措施分析

景小洲

内蒙古华电新能源分公司 内蒙古呼和浩特市 010010

摘要：随着能源建设的推广使用，我国多个地区纷纷建立起风力发电场。这时风电场中的电气设备出现不同的故障，这就需要对这些设备进行不断的完善。基于此，本文首先介绍了风电场中电气运行系统的主要组成类型，然后对风电场中电气运行常见故障进行分析，同时针对这些故障提出对应的维修措施。

关键词：风电场；电气运行；常见故障；应对措施

1风电电气系统的组成

风电场电气系统主要由三大部分组合而成，分别是发电设备、控制设备、蓄电池组。首先论述发电系统，如果依据类型进行划分的话可以分为同步发电机以及异步发电机两种类型，如果依照运行方式进行划分的话可以分为内转子类型以及外转子类型。我国风力发电场中采用最多的是同步三相永磁式交流发电机，这种类型的电机的优点可以描述为：采用直接驱动方式进行驱动、没有励磁电流消耗、具有较高的效率、重量较轻、体积不大，同时在制作工艺上相对简单、运行稳定可靠、容易实现维护管理。上述的这种类型的电机能够独立运行小型的风力发电机组，这样一来能够有效的避免因为风速变化而造成的发电机端电压不稳的现象发生，该种类型的发电机的输出电压和电流值都有一个稳定的值。

控制器也是风力发电系统中重要的环节之一，一般来说功率容量在几千瓦级别的风电系统，通常配置较为简单的控制器件。这种控制器包括三相全桥整流、电压限制、分流卸载电阻箱、对蓄电池充电时的充放保护和容量10kVA以下逆变电源。逆变电源输出的交流电波形分正弦波和方波，感性负载宜采用正弦波形的逆变电源。电系统对配套控制系统的基本要求如下：a.整流器件的耐电压、耐电流的高限值要有充足的裕度，推荐3倍以上；b.向蓄电池充电的控制系统，以充电电流为主控元素，控制蓄电池的均充、浮充转换，以均充电流、浮充电压、充电时间作为控制条件，按蓄电池的充电、放电技术规范进行充、放电；c.向逆变器供电的控制系统应满足逆变电源所需直流电压和容量的要求；d.卸荷分流要兼容电压调控分流和防止风力机超转速加载两项控制；e.检测风力机转速、输出电压、输出电流、机组振动等状态超过限定值或允许范围时，控制系统自动给风力机加载，同时实施制动；f.应具备短路、直流电压“＋”“、-”反接、蓄电池过放电、防雷击等安全保护功能。

蓄电池组风能是随机性的能源，高峰和低谷落差甚大，且具有间歇性，极不稳定。为有效地利用风能必须配备蓄能装置。当前风力发电系统可选择的蓄能方式有：蓄电池蓄能、飞轮蓄能、提水蓄能、压缩空气蓄能、电解水制氢蓄能等几种。离网风力发电系统广泛采用蓄电池作为蓄能装置。蓄电池的作用是当风力强劲、风力机发电量大，或用电负荷少时，将电能存入蓄电池；当风力较弱，或用电负荷较大时，蓄电池中的电能向负荷供电，以补充风电的不足，保持风力发电系统持续稳定供电的运行状态。

2电气运行常见故障分析
  2.1电气系统故障
  风电场发电是利用风能通过系统的发电设备以及控制设备进行发电。风电机组系统通过变频器等和电网进行并网，来为电网进行送电，并且对有关的电气设备参数要利用控制器来控制。电气系统中常见的故障有电气设备短路、电压以及电流过载或欠压、电气设备温度过高以及变频器使用不正常等。  

2.2风电机组机械齿轮故障
  风电机组的齿轮是用来提高转速的，在风电场进行发电时将风力产生的动力传递给风力发电机组，使齿轮获得转速。在运行过程中，由于风电机发电自身的影响以及齿轮机的传动轴的润滑情况的影响，机械齿轮在运行过程中会出现各种故障。
  2.3发电机设备故障
  风电场发电过程中发电机设备主要是将风能转化的机械能再转化成相关的电能进行发电。发电机运行过程中常见的故障主要是由于线圈绕组短路或者定子绕组存在问题导致机组的转轴以及定子故障。又或者发电机内部存在电气不对称、电流谐波异常以及磁通连通异常情况。

4常见故障诊断方法
  3.1部件交换法。所谓部件交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、模块、传感器、继电器、集成电路等替换有疑点的部分，甚至用控制系统中已有的相同类型的部件来直接替换，从而把故障范围缩小到印刷线路板单元或芯片一级某一元件。这实际上也是在验证分析的正确性。
  3.2接口状态检查法。现代电控系统都将PLC集成于其中，而电控系统与PLC之间则以一系列接口信号形式以某一特定协议相互通讯联接。有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入输出PLC上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在LCD、CRT等人机界面上显示，而所有的接口信号都可以用厂家专用的诊断软件或编程器调出。
  3.3参数调整法。风力发电机的电控系统的PLC及伺服驱动系统都设置了许多可以修改的参数，以适应不同的运行工况和功能状态要求。这些参数不仅使电气系统与具体风机相匹配，而且更是使风机各项功能达到最佳化所必需的。

  3.4快照分析法。现代风力发电机无一例外都设计有计算机自动化控制系统，故障诊断软件的使用非常有效，风机正常运行时各种动态参数和故障前后的参数变化都是被实时记录的，故障事件数据或事故现场状态重放还具有计算机系统特有的不可抵赖性。风机故障数据快照功能给我们维修处理工作带来很大的方便。
4设备的维修处理
  对于上述的故障进行维修的时候采用下面的方法进行维修。风力发电机组出现抖动剧烈的现象，一般认为这就是某个部位的螺丝有所松动。检查螺丝有松动的情况，那么只需要进行加固螺丝就可以了。如果发现风轮出现变形的情况，那就需要把风轮卸载下来进行更换，如果是出现卡滞的状况，那么就需要把风轮进行全面的清洗，然后再重新的安装还原。
  风电设备在维修的情况，对于风机的调向不灵敏的故障解决措施可以表述为：首先应该把其进行卸载，然后进行全面的清洗，如果发现没有安装轴承，这时就要进行补装轴承，如果是长时间没有进行保养，从而使得油泥出现较多的累加，这样就应该进行全面的清洗，然后再进行黄油的涂抹。
  风电设备在维修的情况，对于风机出现的异常声响的故障解决措施可以表述为：首先应该检查风机是否出现某处的螺丝松动，如果是螺丝松动，那么就要及时的进行紧固，然后检查风机的其它的部件是否出现摩擦现象，如果有摩擦现象，就要及时的找出故障点，然后进行检查与维修。如果说不是上述的原因造成的，那么此时就要把电机打开，检查电机的轴承是否出现问题，并有针对性的进行处理。进人控制系统的就地一次检测元件以及可能造成机组跳闸的设备,都应有明显的及可能造成机组跳闸的设备,都应有明显的标志,防止人为原因造成热工保护误动。应对控制系统消缺过程中热控联锁和保护信号强制点加强管理,确保消缺完成后及时恢复。定期检查和消除控制系统电源、信号、网络回路的端子排积灰、配线和电缆接插件松动和过热现象。应按运行实际要求和重要程度对控制系统热工及电气报警信号进行合理分级,以免影响运行人员对重要报警的及时处理。

结束语
  总之，随着风电场的广泛应用，其电气运行设备的常见故障要引起重视，对于日常维修与维护工作要做到位，不断加强维修人员的专业技能，使风电场电气运行能够稳定进行，创造更多的经济效益和社会效益。

窗体底端

参考文献

[1]季利明.试论电厂电气设备故障的解决对策[J].科技致富向导，2018（1）

[2]高向东，孙兆凤.浅析发电机组异常振动的原因及解决办法[J].黑龙江科技信息，2016（24）:1120-1123.

[3]刘春琴,崔补云.自备电厂小机组电气运行中的几个问题[J].太原科技，2017(9):256-259.