风电机组故障分析与改进措施研究

风电机组故障分析与改进措施研究

刘海亮,郭源曦,张博

中车长春轨道客车股份有限公司， 吉林省长春市 130000

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，风电机组越来越多。以煤、石油、天然气为主的常规能源不仅资源有限,而且还会造成严重的大气污染。风能作为一种可再生清洁能源,风力发电得到了迅速发展。然而,风电机组作为一种结构复杂、设计寿命长的大型装备,多装于偏远地区,常遭遇狂风、暴雨、雷电、冰雹、沙尘等极端气候。恶劣复杂的工作环境导致风电机组故障率一直处于较高水平,维修耗费了大量的人力、物力,直接影响风电项目的收益率。本文首先对风电机组基本结构说明，其次探讨故障原因，最后就改进措施进行研究，为保障风电机组长期正常运行提供参考。

关键词：风电机组故障；改进措施

引言

在科学技术水平迅速发展的大时代背景下，管理人员利用先进的计算机技术，合理运用相关数字化监测方法对风电机组内部的轴承运行情况进行全面监测，从多元角度对风电机组的环境气象、并网情况及实际运行温度等数据信息进行综合采集和监测，通过反复实践表明，如果不能对风电机组轴承进行妥善处理，在各种因素影响下，就会导致风电机组轴承出现不同故障，例如，轴承自身质量较差，安装调试方法多存在诸多漏洞，如果受到外界自然环境及空气污染，都会加速轴承零部件出现磨损，缩减风电机组的使用寿命。

1风电机组基本结构说明

风电机组是利用风能带动叶轮转动，在动力装置的加速下，使得风电机组的发电机高速旋转从而产生电力。根据风轮轴线的方位，可以将其划分为水平轴向机组和垂直轴向机组两种类型。目前风电机组主要采用水平轴向机组，包括双馈式风电机组、直驱式永磁风电机组、半直驱风电机组。在现有的风机类型中，多为双馈式风电机组，其结构由叶轮、发电机、齿轮箱、变桨系统、制动系统、控制柜、机舱、塔架等构成。

2故障原因分析

2.1变桨系统故障

变桨系统是风电机组的核心部件之一,它的主要作用是通过调节叶片迎风角,在风速小于额定风速时,使风电机组吸收最大风能,在风速大于额定风速时,将其输出功率控制在额定功率附近,保持稳定输出。由于风电机组工作条件恶劣,多有风速突变或大阵风的情况,因而变桨系统故障频发。变桨系统常见故障主要有两叶片桨距角偏差过大、变桨电机温度高、变桨安全链故障和后备电源容量不足等。

2.2变桨、偏航轴承

变桨、偏航轴承长期处于静止或微幅摆动的工作状态，即使发电机组在停机状态时，轴承依然受到气流的作用而产生微幅振动，故微动磨损是其主要失效模式，由温度、风沙、雨雪等带来的微动腐蚀也加剧了轴承的微动磨损。除了存在切向微动、径向微动、滚动微动和扭动微动及其组成的复合微动外，还存在变桨及偏航过程中往复摆动，使得滚动体在沟道表面发生往复的Heathcote滑动引起的微动。当微动磨损产生的压痕拓展至一定程度时，轴承会产生异常振动和冲击，严重时会导致微动裂纹的萌生和拓展直至套圈断裂。

2.3三相电机绝缘电阻

电机受潮会造成电机绕组的绝缘电阻降低，如果电机绕组的绝缘电阻太小了，运行时对地的漏电流增大，会导致电机的绝缘击穿，但是如果先做一些小功率的运行，让电机的漏电流保持在一个安全阈值内，待运行的温度把电机内部潮气烘干，绕组绝缘电阻恢复正常，就没有问题了。一般风机上的辅机电压等级都为400V，400V交流电动机（包括直流电动机）绕组绝缘用500V摇表测量，在25℃时对地及电阻不得小于0.5MΩ。

3改进措施

3.1主控系统常见故障及常规处置方式分析

主控系统如同风机的大脑，顾名思义在风机系统中起着中心控制的作用。主要对机舱数据进行采集并完成判断和处理；对各部分的传感器进行故障监测；根据变频和变桨系统的通信资料进行全面的分析；通过发送控制命令来实现系统的各类控制，包括系统的启动和停机、并网与脱网、开桨与收桨、远程数据传输、风机远程控制等。目前风力发电机组的控制系统多为PLC模块化设计，可以根据不同的控制要求配置不同的模块从而实现不同的控制功能，使整个控制系统具有较强的扩展性。同时采用模块化组合可以提高控制系统的灵活性和可靠性。PLC的故障一般可分为外部设备故障、系统故障和硬件故障。

3.2风机中接触器的维护保养

目前，较多的风电检修队伍也开始重视风机控制系统部分的检修，但其实施的手段较多为利用鼓风机对柜体内的电气设备进行吹风，还有的是使用毛刷对电气设备的灰尘进行清理，以上方法虽然可以清理电气元气件表面的灰尘，但是像接触器，接触器辅助触点等密封性较差的电气元件，则会加快灰尘进入其内部。当接触器吸合触点间灰尘无法清理，累计较多时，接触器吸合后触点接触面由于灰尘较多而产生间隙，从而造成接触电阻过大，当电流流过后，会使触点温度升高，接触器长期在高温下运行轻则会使工作电流增大，减少设备的使用寿命，重则会造成高温后接触器触点粘连，会酿成火灾或触电事故。其次，当接触器触点间有较大的微粒卡在接触器触点间时，当接触器吸合后，接触器因吸合不到位，会造成接触器发出高频振动的噪音，且因触点接触面积减少，会造成接触器高温，严重的会造成接触器因过流而跳闸，中断风机设备的正常生产运行。因此，在风机定期维护中需要检查电气控制柜柜体的密封情况，必要时定期对柜体密封条进行更换。对柜体通风口的过滤棉定期进行清理，保证过滤棉对灰尘的有效过滤性，减少灰尘进入柜体。柜体内部电气元气件上的落灰尽量用微型吸尘器进行清理，避免使用大功率鼓风机吹灰，加快灰尘进入电气元器件内部。定期对密封性较差的电气元气件进行解体维护，对接触器触点进行检查，如发现有电灼伤或烧黑现象，应及时打磨处理，并清理干净，必要时对接触器触点进行更换；其次，定期检查灭弧罩是否破损，变形，移位等情况，及时清理灭弧罩内的灰尘杂物及金属颗粒物；再次，检查触头侧机械位置是否正确，静触头与动触头是否对正，三相是否同时吸合，机构有无卡涩现象；最后检测接触器线圈阻值是否正常，工作时有无温度异常现象。

3.3风电机组日常维护维护内容及要求分析

除常规检修之外，风机设备在日常运行中遇到的各类问题要尽快处理，避免对风力发电设备的正常运转造成不利的影响，排除故障后，运维人员还要结合故障特点，有针对性地进行日常维修工作。如检查塔筒门上的通风口是否正常，是否需要更换滤棉；逐一排查监控柜内部装置是否正常运转，有无放电或其它杂音；风机夹板和电缆是否存在松动、偏移现象；检查灭火器支架结构是否正常，灭火器是否在有效使用期内；检查助爬器或免爬器功能及安全装置是否完好，紧急逃生装置是否正常；检查急救箱内物品是否完整，药品是否过期等。在完成日常维护工作后，运行维护人员还要及时清理风电机组内部杂物，擦拭液压站的接口部位，确保风电机组干净、整洁。

结语

总而言之，风电机组高温故障的产生会受到外界各种环境因素的影响，国内外机组管理人员应加强技术交流和协作，利用先进的轴承故障处理方法解决现实风电机组运行的各类问题，并积极采购适宜型号的油脂产品，进而能够延长相关设备的使用周期，在机组维修费用减少的情况下，促使风电机组发电量损失情况明显减少。

参考文献

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