淺談風力發電機組雙饋發電機故障與處理

劉剛

（大唐新能源通遼公司 028000）

淺談風力發電機組雙饋發電機故障與處理

劉剛

（大唐新能源通遼公司 028000）

本文簡單介紹現階段在風力發電過程中，風力雙饋發電機的工作原理以及在發電機的運行中經常出現的故障，針對出現的故障會進行不同的雙饋發電機故障診斷，在分析工作原理和發動機故障的基礎上對故障診斷技術的發展狀況進行分析，從而分析雙饋式風力發電機組故障的診斷方法及對策，為后期更好對風力發電機組雙饋發電機的故障進行處理提供理論支持和操作指導，提高處理風力發電機組雙饋發電機故障的水平。

風力發電機組；雙饋發電機；故障；處理

1 前言

人類社會的進步和發展都離不開能源的支撐。工業革命以來，人類大量使用煤炭、石油等不可再生資源，很大程度上依靠這些資源推動了整個社會的進步。但是近年來煤炭、石油等資源逐漸出現枯竭，而且在使用煤炭石油的過程中對自然環境也造成了很大的破壞。新的發展時代，風能資源的使用逐漸受到人們越來越多的關注。風能資源是可以無限次使用的過程性能源，而且在使用中不會造成對環境的污染破壞，在供能方面具有很大的優勢。隨著科學技術的進步和推廣，許多新興技術被應用到風能發電中，許多新型的風力發電機組逐漸投入使用。國內許多風力發電廠的發電機組在進行風力發電的過程中較多的使用雙饋發電機，在正常使用的過程中經常會出現發電機或者機組的故障，影響風力發電過程。因此需要加強對風力發電機故障的診斷，提高診斷技術，研究更加合理的診斷方法，從而更好更快的處理發電機出現的故障，保障風力發電的正常進行。

2 風力雙饋發電機工作原理及常見故障

2.1 風力雙饋發電機工作原理

風力發電的基本原理就是利用風力的推動使風輪的葉片轉動，將自然界的風能轉化為葉輪轉動的機械能，然后轉動的機械能經過發電機的磁電作用產生電能。最后再經過變壓器進行增壓盡可以輸送到電網中。對于風力雙饋發電機而言，可以利用電機學的理論解釋其工作原理。只要將三相對稱的交流電通入正常轉子的三相對稱的電線繞組中，根據電磁理論，就會在發電機的氣隙之間產生旋轉的電磁場，其中磁場的轉速由兩方面的因素決定：①通入交流電的頻率；②發電機中電機的對數。具體的關系式如下所示：

通入的電流頻率f2越大，對應的流動磁場的轉速n2也就越大。通過改變電流頻率能夠很容易的實現對流動磁場轉速的控制。同理，發電機組的電流頻率與機組的底子磁場速度也是由存在固定的數量關系。假設電網頻率為50Hz的時候對應的發電機的轉速為n1，發電機的轉子的轉速為n。根據相對速度原理可知，n+n2=n1。那么電流頻率f2=f1-=sf1。

所以雙饋發電機的風力不同，轉速不同的情況下，能夠通過對發電機中轉子電流頻率的控制來維持發電機定子頻率的恒定，從而確保平穩發電，實現雙饋發電機的變速恒頻運行。

2.2 風力雙饋發電機常見故障

發電機常見的故障根據發生位置不同主要分為傳動鏈失效和發動機失效兩種：

2.2.1 傳動鏈失效

風力雙饋發電機在運行中需要經過傳動鏈進行機械傳遞。傳動鏈主要是由風機葉輪，傳動軸，傳遞速度變速箱以及連接變速箱和發電設備的聯軸器等幾部分組成。齒輪變速箱內部構造比較復雜，使用齒輪較多，當風速變化較大的時候就會造成對齒輪的破壞。是風力雙饋發電機出現故障頻率最高的地方。風力發電過程中，主軸處于連續轉動的狀態，會導致主軸出現彎曲、竄動甚至斷裂的情況。主軸的重量和轉動磨損都需要軸承來承擔，長期使用的情況下就會導致軸承磨損比較大，出現各種形式的失效，影響正常的發電，造成發電機故障。

2.2.2 發電機失效

發電機內部構造比較復雜，運行過程中受外部環境的影響較大，在發電機運行發電的過程中總會出現各種不同的故障，比如說異常振動，線圈短路以及發電機絕緣層故障等。往往需要根據安全方面的考慮對發電機裝備必要的繼電保護裝置來降低發電機出現事故的概率。發電機的使用過程中許多故障處于檢測和保護功能的盲區，正常的保護裝置無法真正發揮保護作用，致使發電機出現故障，而且無法及時處理。

3 雙饋發電機故障診斷技術的發展狀況

為了及時發現發電機存在的問題，搞清楚內部的故障，需要對發動機的故障進行診斷。國內外的故障診斷技術起步時間和發展水平存在一定的差距。

3.1 國外診斷技術的發展狀況

故障診斷技術最早起源于美國，起步時間較早。故障診斷技術的發展是以計算機技術、電子信息和電氣技術的發展為基礎逐漸取得進展的。國外關于雙饋發電機故障診斷技術的研究已經取得了很大的發展，相關故障診斷系統的使用在電廠比較普遍，系統性能良好，運行比較穩定，能夠很好的發揮診斷作用，在實際使用中為電廠實現了較好的經濟效益。

3.2 國內故障診斷技術的發展狀況

國內在故障診斷技術上的研究起步較晚。20世紀80年代開始進行相關研究，起步階段主要是大量引進國外先進技術和研究成果；經過對國外技術的研究和整理，我國開始研究適用于國內實際應用的新型故障診斷技術和裝置；在20世紀80年代末逐漸形成自己的理論體系，而且研究出既適用于我國發電行業又具備國際通用性的故障診斷裝置。經過多年的努力，我國在故障診斷技術的研究中取得了巨大的進步，也研究出了具有實用價值故障診斷系統，很好的實現了發電廠的故障在線診斷，取得了較好的經濟效益。

4 雙饋式風力發電機組故障診斷方法及對策

經過十多年的研究積累和實踐操作的經驗總結，目前對雙饋式風力發電機組進行故障診斷的研究已經取得了眾多研究成果，形成了多種不用原理的診斷方法。根據國際上比較認可的說法，根據故障診斷方法的不同原理把故障診斷方法分為三種不同的類型：基于知識的故障診斷、基于解析模型的故障診斷和基于信號處理的故障診斷。

4.1 基于知識的故障診斷

在實際工作中對發電機組進行故障診斷的時候，無法精確得到故障的數學模型，所以不能按照數學計算的方法準確推理發電機組的故障。基于知識的故障診斷不需要精確的數學模型，降低了工作的難度，在實際診斷工作中也取得了很大的發展。基于知識的故障診斷分為三種模型：①基于淺知識的故障診斷，主要依靠的是人類在進行故障診斷的過程中積累的經驗，將故障的表征現象與故障出現的原因建立對應的映射，多種映射集合構成一個比較完整的系統，實現對發電機組的故障診斷；②基于深知識的故障診斷，需要對發電機組故障，啟發式癥狀等眾多復雜信息進行模型構建，在此基礎上進行故障診斷；③將以上兩種方法進行結合，輔助進行故障診斷。

4.2 基于解析模型的故障診斷

基于解析模型的故障診斷，首先要建立一個完整的系統先驗信息的表達模型，然后在診斷的過程中將診斷對象的測量信息與模型中的先驗信息進行對比，得到一個殘差值。然后對殘差值進行相應的處理，從而確認發電機組的故障所在，實現故障診斷。發電機組正常運行時，殘差值幾乎為零，當發電機組出現故障的時候就會造成殘差值的偏離。在實際使用中，將殘差分為兩種，從而實現對發電機組故障的分離。①結構化殘差，主要是以零或非零區別；②固定方向性殘差，涉及到殘差向量的方向。

4.3 基于信號處理的故障診斷

基于信號處理的故障檢測依賴強大的信號檢測和信號處理系統。目前進行信號分析的方法主要有兩種：①數字信號處理器；②計算機軟件。兩種方法各有特點，基本原理相同。通過對信號對處理黑可以實現對發電機組的信息反饋，實現對機組的反饋控制，出現故障能夠及時調節，使其恢復正常運轉。

5 結語

通過對風力發電機組雙饋發電機常見的故障分析以及常用故障診斷方法的研究可知，目前我國在故障診斷系統上的水平仍然比較落后，很多技術不是很成熟。風電行業的人員要努力做好相關技術的研究，提高風力發電機組故障診斷的水平，保障風力發電機組的正常運轉。

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