風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)故障分析與措施

閆柏冰

(大唐河南清潔能源有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450001)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，人們對(duì)能源的需求量也越來(lái)越大。為了滿足日常生活和工作的需求，石油、煤炭及天然氣等化石能源被大量開(kāi)采，但是在開(kāi)采的同時(shí)自然環(huán)境也遭到了破壞，環(huán)境也被嚴(yán)重地污染。因此，清潔能源得到了全球?qū)W者的關(guān)注。風(fēng)能是一種清潔可再生資源，是目前主要的清潔能源之一。近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的建設(shè)得到了迅猛發(fā)展，同時(shí)以機(jī)組運(yùn)行與維護(hù)為主的發(fā)電第三產(chǎn)業(yè)成為了一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。由于風(fēng)電設(shè)備所處的工作環(huán)境十分惡劣，導(dǎo)致設(shè)備的故障率比較高，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本居高不下。因此，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的故障診斷進(jìn)行分析及研究故障診斷的方法對(duì)降低設(shè)備故障率及運(yùn)行維護(hù)成本具有重要的意義，同時(shí)也能夠提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。

1 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的基本概述

簡(jiǎn)單來(lái)講，所謂的“風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)”其實(shí)本質(zhì)上而言就是一種通過(guò)借助控制技術(shù)和動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)改變發(fā)電機(jī)輪轂上葉片槳距角大小(風(fēng)力較大時(shí)減小槳葉迎角，風(fēng)力較小時(shí)增大槳葉迎角)、葉片氣動(dòng)特性以及整機(jī)受力狀況的一種控制功率與轉(zhuǎn)速處于平衡狀態(tài)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)槳葉調(diào)節(jié)裝置系統(tǒng)。變槳系統(tǒng)一般由變槳電機(jī)、大齒圈部件、變槳小齒輪以及變槳軸承等組成。風(fēng)機(jī)一旦啟動(dòng)，變槳系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)始工作，變槳角度會(huì)從順槳90°位置變動(dòng)到15°位置，然后逐漸變動(dòng)到3°左右的位置。如果超過(guò)額定功率，變槳角度會(huì)在此收到調(diào)整以保證實(shí)際功率在額定功率的范圍內(nèi)波動(dòng)。在額定功率下變槳系統(tǒng)需要不斷地動(dòng)作以滿足設(shè)備的要求，因此變槳系統(tǒng)機(jī)械部件的故障率明顯偏高。

2 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的常見(jiàn)故障

2.1 變頻器故障

在當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)規(guī)模和數(shù)量持續(xù)增加的新市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)常態(tài)下，風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，變頻器故障有著極高的發(fā)生率，目前來(lái)看常見(jiàn)的變頻器故障主要有——變頻器通訊中斷、變頻器內(nèi)IGBT損壞、控制板件損壞以及導(dǎo)線插頭虛焊等。

2.2 備用電源系統(tǒng)蓄電池故障

據(jù)調(diào)查在現(xiàn)階段風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)故障發(fā)生率的占比中，備用電源系統(tǒng)蓄電池故障的發(fā)生率是最高的，尤其在風(fēng)機(jī)運(yùn)行兩到三年左右，給企業(yè)整體發(fā)展造成了極為不利的影響。

2.3 變槳電機(jī)故障

就目前來(lái)看，在風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)使用過(guò)程中，變槳電機(jī)故障的發(fā)生率也是極高的，而根據(jù)大量調(diào)研數(shù)據(jù)分析可知，造成上述系統(tǒng)故障的因素除了電機(jī)本身質(zhì)量(線圈斷線、直流電機(jī)碳刷磨損等)外，變頻器損壞、蓄電池電壓低、限位開(kāi)關(guān)不到位等在導(dǎo)致電機(jī)過(guò)載的同時(shí)，進(jìn)而引發(fā)了變槳電機(jī)故障問(wèn)題的發(fā)生。

2.4 滑環(huán)故障

在風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)使用過(guò)程中，滑環(huán)故障的發(fā)生率也相對(duì)較高，據(jù)調(diào)查滑環(huán)故障的發(fā)生除了由于滑環(huán)臟污的因素外，滑環(huán)觸針跳出也是導(dǎo)致故障問(wèn)題發(fā)生的重要原因。除此之外經(jīng)大量調(diào)研數(shù)據(jù)分析可知，滑環(huán)故障的發(fā)生還導(dǎo)致了變頻器通訊故障、蓄電池故障及變頻器損壞等系統(tǒng)故障問(wèn)題，給企業(yè)發(fā)展造成了極為不利的影響。

3 風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)故障的預(yù)防措施

3.1 設(shè)計(jì)方面

在當(dāng)前工業(yè)一體化建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)的新市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)常態(tài)下，為滿足現(xiàn)階段企業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ顚?duì)于電力能源的需求，近年來(lái)風(fēng)電發(fā)電場(chǎng)建設(shè)規(guī)模和數(shù)量也取得了突破性進(jìn)展，但由于風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)故障問(wèn)題的存在，企業(yè)整體發(fā)展勢(shì)必受到了一定阻礙。為從根本上提高風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員需適當(dāng)?shù)丶哟笕~片的變槳電機(jī)制動(dòng)力矩，由此在不斷提高變槳機(jī)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)的同時(shí)，確保即使在各種惡劣環(huán)境(極端風(fēng)速、異常湍流和突變風(fēng)向)下，葉片也不會(huì)被吹動(dòng)，變槳機(jī)構(gòu)也不會(huì)發(fā)生損壞問(wèn)題。

3.2 安裝方面

為降低風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)故障發(fā)生率，在進(jìn)行系統(tǒng)安裝過(guò)程中，工作人員不僅需嚴(yán)格按照安裝作業(yè)流程進(jìn)行安裝操作，嚴(yán)禁安裝的隨意性，與此同時(shí)為提高變槳系統(tǒng)中電氣連接部分及機(jī)械連接部分的緊固性，工作人員需選用絕緣的連接線進(jìn)行良好綁扎。除此之外在進(jìn)行安裝時(shí)，為了增強(qiáng)風(fēng)機(jī)抗臺(tái)能力，工作人員還要在選用優(yōu)質(zhì)變槳限位開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上，對(duì)其位置進(jìn)行合理化調(diào)試。

3.3 生產(chǎn)運(yùn)行

作為風(fēng)電場(chǎng)電機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)的可靠性在一定程度上對(duì)于企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益而言有著重要影響，故此為從根本上降低各類系統(tǒng)故障的發(fā)生率，基層產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)和相關(guān)部門工作人員在風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中，還需定期檢查變槳電機(jī)剎車片磨損情況，對(duì)于磨損較為嚴(yán)重的剎車片進(jìn)行及時(shí)更換以確保變槳電機(jī)的制動(dòng)力矩。此外在變槳系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，及時(shí)更換老化的蓄電池、及時(shí)調(diào)整或更換出現(xiàn)故障的限位開(kāi)關(guān)、定期清洗滑環(huán)以及定期緊固變槳系統(tǒng)的電氣連接及機(jī)械連接螺絲，也是現(xiàn)階段提高風(fēng)機(jī)最大風(fēng)能利用率的重要戰(zhàn)略手段。

4 結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，作為風(fēng)電場(chǎng)電機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)在使用過(guò)程中，系統(tǒng)故障的發(fā)生對(duì)企業(yè)和國(guó)家整體發(fā)展而言是十分不利的，為此不斷優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)、安裝及制造工藝，加強(qiáng)定期維護(hù)，由此為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定良好基礎(chǔ)。