风机运维中问题浅析

风机运维中问题浅析

郭欣钰

中广核新能源投资（深圳）有限公司华北分公司，邮编076700

摘要：2008年以来，我国风能产业进入高速发展阶段。从2009年到2021年，平均新增风电装机容量超过1700万千瓦/年；平均新增机组台数为20798台/年。截止2020年底，我国风电累计装机容量达到1.14亿千瓦，累计装机台数达到76243台。未来，根据我国对风能产业的规划，每年新增风电装机约2000万千瓦，每年新增机组台数约10000台。与我国风能产业的迅速发展相对应的，是风电后市场已具备了相当的规模，并拥有巨大的发展潜力。

关键词：陆上风机；问题分析；运维管理

1风机变流器问题分析

首先，最初是通用变频模块，并非专为双馈风电变流特殊设计，适用性差，故障率极高；早期变流器其直流母排电容采用电解电容(预期工作寿命3~4年)而不是目前风机变流器普遍采用的膜电容(预期工作寿命10年)，此问题在后续风机出质保后业主将承担更高的维护成本。

其次，技术上方案上其直流母排电容上没有斩波单元，缺失快速能量泻放回路，这样一旦变流器直流母排上出现瞬时过电压则对IGBT的保护能力可能会不足，IGBT过压损坏的概率更高。由于在双馈发电机中转子侧容易出现特别高的负序过电压，这个设计缺陷的副作用更明显。

最后、早期变流器本身不配备直流斩波单元，低电压穿越功能完全依靠主动CROWBAR，很小的电网电压跌落都需依赖主动CROWBAR，主动CROWBAR动作频繁。由于主动CROWBAR的动作机理是在机侧逆变单元之外人为构造一个故障电流短路通道，动作期间发电机转矩、电流完全不受控，瞬时可达极高幅度，因此该方案使得风机传动链、电网、CROWBAR频繁遭受巨幅的机械、电流冲击。其后果就是几年运行时间后，累计冲击次数明显增加，机组的机械、绝缘及变流器主回路失效概率大大提高，出质保期后发电机、齿轮箱、变流器等重大部件的更换维修频繁费用巨大，在低穿功能仅能满足国网企标，不满足国标要求。这也是近几年低穿改造中需要进行变流器改造的客观原因。

2主控软件版本管理及程序管理问题

2.1主控软件版本管理问题

由于没有很好的软件版本管理机制和参数管理工具，早期的风机尤其是装机容量很大时，必然会出现软件版本和程序管理，以某整机厂为例，风机主控PLC软件版本比较多，同一个风场的风机软件版本不尽相同，在66台风机的风场，此厂家风机PLC存在两种，ABB和Bachmann，两种变桨系统，即LENZE和KEB，5种叶片，即力仓、艾朗、辉腾、中复37.5、中复40.25，如此排列组合导致PLC主控软件版本繁多，再考虑到不同变流器类型、低穿改造与否等因素，导致PLC软件版本更加复杂，给风机的维护带来较大的困难，例如故障代码不统一，或者与实际故障对不上，或者一些故障代码没有对应的故障解释，导致风机的故障判断不准，停机维护时间较长，损失发电量。

2.2功率曲线特殊处理

为了满足业主对功率曲线需求，程序中对监控系统中的功率曲线进行了修正，即增大功率的同时减小风速。这样机组的功率曲线会有所提高，但并不是根据实际发出的功率来绘制的曲线，只是表面有了提高，此现象在某些品牌机组中均存在。这种问题确实是由于当前的风电市场形势所迫，不能记录风机的真实数据，这也为后期的运维和改造市场埋下了隐患，有可能改造后还不如改造前的功率曲线。

2.3故障屏蔽问题

现场由于某些原因(备件不足，缺少备件)，使得风机某些故障被屏蔽掉，这样做会非常危险，有些故障的屏蔽甚至会导致风机倒塌，造成极为恶劣的后果。现场中已发现但不完全包括的屏蔽故障现象如下：

由于风机滑环编码器出现问题，需要更换。但由于备件不足无法更换，现场人员将叶轮超速的反馈设备短接，叶轮超速是风机安全链的一个环节，是通过硬件来保护机组，也是风机的最后一道保障，十分重要。此故障被屏蔽导致的结果，是如果风机出现超速现象，使得机组不会因为超速而断开安全链，风机不会停机，严重的会导致风机飞车，进而毁坏机组。

风机在出厂前或者维护后，硬件接线存在问题。例如轮毂内，每个叶片均安装有一个限位开关，通过Harting接头与三个变桨控制柜连接，此开关是安全链的一个环节，是风机安全的重要保障。但由于出厂时，可能Harting接头的接线有误，导致现场无法使用，因此现场人员将此开关的反馈信号短接，使风机继续运行。但如果风机软件系统出现问题，可能导致叶片变桨错误，如果没有此限位开关，将导致飞车等严重后果。

2.4风机参数设置错误

风机运行维护中的突出问题，就是风机控制参数和实际风机无法对应，这在装机容量大，配置较多的风机厂家尤为明显，例如现场叶片类型选择错误，程序选择的叶片类型和实际安装的叶片类型不一致。这样会导致机组传动链振动过大，增大机组载荷，不仅影响风机的发电量，还会缩短风机的使用寿命。

3主控系统控制策略落后

早期风机市场的快速发展，也导致早期的产品是粗放型发展，早期的主控控制策略也比较粗，对发电性能、载荷、振动等方面的指标要求也较低，导致早期的风机控制策略方面也比较落后。

以风机的最大Cp追踪为例，早期的风机在低风速和接近额定转矩附近都使用查表法，且都为固定变桨角度，因此在低风速和接近满发附近的功率曲线和最优控制有很大的不同，如下图所示：

图1.功率曲线对比

4风机运行安全问题

早期的风机经过长期的运行，有些部件由于运行维护不及时，已经在带病运行，后期如果不及时进行补救，将会批量出现问题，同时也给风机带来很大的隐患：

齿轮箱漏油问题

齿轮箱漏油不止是危害齿轮箱本身，造成了齿轮箱散热器堵塞，冷却容量不足，从而导致风机限功率运行，甚至停机，更重要的油品遇火燃烧造成火灾，延洲威胁风机安全。

5防雷设计问题

有些风机的在国产化过程中，更改了部分设计或者是风机设计中没有考虑风机实际的雷电分布情况，导致风机运行过程中频发出现雷击事件，导致器件损坏风机无法运行，影响了风机运行安全，也是火灾产生的另一原因。

6风机振动、超速问题

风机振动、超速问题在每个风场都有出现，只是数量多少问题，现在普遍处理方法是放宽设定限值，更有甚者彻底将其屏蔽，如果真正出现问题时，风机无法监测，最终的结果就是风机倒塌。

结束语

除了以上问题还有碳刷信号短接，防雷反馈屏蔽，温度传感器屏蔽等很多影响风机安全问题，这些问题都需要进行每种机型详细研究和排查，才能保证风机安全运行。

参考文献

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