風力發電機電控系統維修思路和方法

劉國睿　楊春

摘 要：風電機組工作環境惡劣，長時間伴隨著高溫、振動運行，風力發電機比火電或水電機組故障率高，維護難度大，不少風電機組的故障又毫無經驗可循，因此對風電機組的維修首先應該從方法上進行一個歸納，以點帶面。本文主要針對風機故障概率最高的電氣控制系統做維修分析，參考的機型是東方風電生產的FD-93H雙饋式風力發電機組以及DF110-2500型永磁直驅風力發電機組。

關鍵詞：風電場運維；風力發電機維修；故障診斷

風力發電機組的電氣故障占所有故障類型的80%以上，并且多數是在正常發電過程中發生的，停機后故障又消失了，因此尋找故障原因就花費了大量時間，嚴重影響了故障處理效率。本文結合實際工作，探討了風機電控系統故障的維修思路與方法。

一、故障處理思路

風力發電機電氣故障，主要表現在電氣元件損壞失效，傳輸受到干擾，接觸不良等情況。這些故障的信息都是由主控系統報出的，風電機組內所使用的傳感器輸出都為標準的電壓電流信號，經處理器采集換算成數值進行邏輯判斷。

由于風力發電機組集機械、液壓、電氣為一體，其故障也是這三者的綜合反映，因此其故障主要出現在采集，傳輸和執行環節。處理故障前通過逐級排查來定位故障所在的位置，才能找到問題的根本原因。

（一）先靜態后動態。這里的靜態不僅是停機，而是讓系統斷電進行檢查，動態則是讓系統運行。如果馬達斷路器跳閘后試送成功，則需考慮斷路器所帶的電機是否存在堵轉情況；如果是空開跳閘后試送成功，則考慮后方器件輸入輸出在運行過程中是否會發生的狀態變化，狀態改變后引起過載或短路故障，例如溫控器、壓差開關、壓力傳感器等。

（二）先易后難，逐級排查。故障分析時，先從簡單的部分開始檢查是最節約時間和精力的。雖然風力發電機是一套很復雜的系統，通過細分后可發現，其實是由不同功能的系統組成的，而且某些系統結構比較簡單。例如先檢查柜外可通過目測觀察到好壞的部分，再使用萬用表檢查電氣回路內部的故障；更換器件時先更換操作簡單，更換方便的，再換難換的器件，這樣可以顯著的提升效率，快速處理故障。

（三）分析PLC內部故障數據。如今主流主控系統都有故障錄波功能，只要發生故障時主控PLC不斷電，主控就能記錄下故障時的風機各種狀態。維修前，可以先通過筆記本電腦讀取發生故障時的數據，通過數據分析判斷故障點，做到精確定位，上風機前就可以把備件和工具帶齊，上一次風機就能解決故障，做到事半功倍。

二、故障診斷基本方法

風力發電機故障有些比較復雜，例如主控和變槳之間的交互信號，就涉及到滑環信號在主控和變槳系統間的走線，因此維修前，理解電氣原理圖是必須要做的功課。另外由于風機內器件采集信號多樣，也可以利用多種儀器儀表對相關信號進行分析，以此來判斷故障點。故障診斷基本可分為以下幾種方法：

（一）觀察法。若是元器件故障，可以查看相關器件上的故障指示燈或故障代碼LED燈，通過閱讀說明書或故障代碼表，確定具體故障。如果是斷路器跳閘故障，首先要觀察是否有器件外觀有灼燒痕跡，通過看外殼、聞氣味來判斷那個器件的故障，不過此方法僅作為初步檢查手段，一般還需要和其他方法配合判斷。

（二）原理分析法。根據電氣原理圖，可以從邏輯上分析各點電壓特性，如電源來自于哪里，經過了那些器件，繼電器動作后是否有連鎖動作或者互鎖動作，再通過表測法測量、分析、比較從而確定故障點。

（三）信號模擬法。在判斷是否由于器件本身原因引起的故障時，可使用短接直流24V模擬輸入的數字量信號，通過上位機或萬用表來判斷元器件的好壞。有條件的，還可以使用信號發生器等儀器儀表來模擬輸入的模擬、脈沖信號，然后進行分析和解讀，提高處理故障的效率。

（四）表測法。利用萬用表測量輸入輸出，可以初步判斷器件的好壞。如果是短路引起的故障，將系統斷電后需要測量故障點電阻；如果是信號故障，則需要測量電壓電流等信號。針對特殊的信號，例如脈沖信號、方波信號、電容充電器充電電流等無法使用萬用表測量時，還可以利用示波器、電流表等儀表進行測量、分析和對比

從電氣原理上來看，各個器件常開點都會有一個互鎖的常閉點作為反饋信號，如果某個節點動作了，則主控會報相應節點的故障信息。但是我曾遇到多次安全鏈無緣無故斷開的故障，然而檢查電路上所有器件均未發現問題。此故障在風機運行時隨機出現，頻率大約為2天1次。對于這種情況，因為故障點多且為瞬發性，使用表測法很難找到故障點，所以還需要其他的方法來查找故障。

（五）替換法和比較法。替換法是用規格相同、性能良好的電器元件或某一電路（整個電路板）代替某個電器元件或某個環節，從而確定故障點和原因。無論是風機維修還是其他設備維修，替換法都是一種常用方法。只要能明確故障的范圍，用備件替換損壞的壞件，逐步排查，不僅能進一步縮小范圍，也是縮短故障停機時間最有效的方法。

配合替換法判斷故障的，還有比較法。在正常的機柜里換上懷疑有故障的器件后，觀察故障是否重現；或者將好的器件換在故障柜內，觀察故障是否消除，這樣相互比較來排除故障。

風力發電機維修前，可以先花一點時間分析故障錄波數據，對故障原因進行預判，力爭去一次風機就解決問題。維修過程中思路要清晰，將多種診斷方法和檢測手段結合起來，快速定位故障。現場維護結束后，應認真填寫維修記錄，列出更換器件清單，建立易壞件的備件清單、維護臺賬，使未來再次處理相同故障時有據可查，提高維修效率。