關于風電場風電機組中風力發(fā)電機的運行維護分析

湛福江

（中廣核巴里坤風力發(fā)電有限公司，新疆哈密，839200）

0 引言

風能是一種綠色、可再生能源，在很大程度上可以解決發(fā)電產生的環(huán)境污染問題，風電機組作為風電場運行的核心裝置，由于通常地處沿海區(qū)域或惡劣環(huán)境、交通不便的偏遠郊區(qū)，且機艙一般位于離地面上百米的高空，因此，給風電機組日常運行維護造成一定難度。為盡量避免風電機組故障造成停機，而帶來的巨大經濟損失，迫切需要提高風電機組尤其是核心設備風力發(fā)電機的運行可靠性，控制風力發(fā)電機的運行維護成本。本文在分析風力發(fā)電機故障特點的基礎上，具有針對性地提出運行維護策略。

1 風力發(fā)電機常見故障特點

1.1 葉片

風電機組中葉片作為風電機組感應風能的重要構件，葉片往往承受較大風能應力，且所處環(huán)境極其惡劣，即使風電機組正常運行，也會出現一些設備故障，如：葉片結構松動造成雨水通過裂紋進入葉片內部，引起葉片不平衡；環(huán)境污染等原因增加葉片表面粗糙程度；長期受到風能應力導致葉片變形、葉片結構裂紋、槳距控制失效而造成空氣動力不平衡[1]。由于葉片受力出現形變或裂紋時，會釋放時變的、高頻的、瞬態(tài)的聲發(fā)射信號，風電機組葉片損傷探測與評估常使用聲發(fā)射檢測技術，考慮到葉片故障引發(fā)的轉子葉片受力不均會傳導到機艙上而造成機艙晃動，可在機艙主軸上安裝多個振動傳感器，通過傳感器采集低頻振動信號，分析葉片轉動空氣動力不平衡等故障。

1.2 齒輪箱

齒輪箱通常由一級行星齒輪、兩級平行齒輪傳動組成，是連接風力發(fā)電機與風電機組主軸的重要構件，通過齒輪結構可使主軸上低轉速變?yōu)檩^高轉速，以此滿足風電機組的正常運行轉速需要，由于風電機組齒輪箱的工作運行環(huán)境非常惡劣、傳輸功率較大、工況較為復雜，齒輪箱的高速軸側軸承、行星齒輪、傳動側軸承、中間軸軸承等發(fā)生故障的幾率較大。由于齒輪受沖擊載荷、交變應力等作用影響，很容易出現齒面擦傷、磨損、斷齒等問題，造成滾道滑傷、軸承磨損、外圈跑圈、滾子打滑等故障。由于齒輪箱故障所需的部件維修時間較長，維修費用相對較高，對于齒輪箱故障診斷可利用小波神經網絡方法分析其振動信號，還可檢測分析潤滑油溫度、油液磨粒、軸承溫度等信息，對齒輪箱故障進行診斷[2]。

1.3 電動機

現階段風電機組通常采用永磁同步發(fā)電機、雙饋發(fā)電機，直驅式風力發(fā)電機是直接耦合電機轉子，通常使用永磁同步電機，電機轉速一般較低，電機啟動轉矩較大，定子繞組經全功率變流器接入電網，相對于雙饋發(fā)電機其運行范圍較寬，但直徑較大、結構相對復雜，設備成本較高。相對于永磁同步發(fā)電機技術，雙饋發(fā)電機轉速相對較高，會存在一定的噪音污染，且風電機組對應需要增速齒輪箱，因此機組整體重量較重。雙饋發(fā)電機為異步發(fā)電機，其額定轉速為1500r/min，由于變流器連接轉子，可實現功率的雙向流動，確保發(fā)電機在額定轉速70-105%范圍內的恒頻變速運行，以此獲得穩(wěn)定的輸出功率[3]。風電機組風力發(fā)電機中的電動機故障有機械故障、電氣故障，機械故障主要表現為軸承損壞、過熱，轉軸形變磨損、轉、定子間隙異常等；電氣故障主要表現為繞組斷路、短路、過熱等。電動機故障通常分析電動機的溫度、電流、振動等信號完成相應檢測。雙饋式異步風力發(fā)電機結構見圖1所示。

圖1 雙饋式異步風力發(fā)電機結構

1.4 變壓器和變流器

風電機組的電氣系統(tǒng)故障雖然造成的停機時間不長，但電氣系統(tǒng)發(fā)生故障頻率較高，反復維修造成過高的維修成本，特別是近年來風電機組不斷擴容，導致電氣系統(tǒng)故障時有發(fā)生，風電機組的電氣系統(tǒng)故障主要由變壓器、變流器的過流、過壓、過熱、濕度過大等導致設備內部電路板、電容、功率半導體器件等電子元器件無法發(fā)揮正常功能。

1.5 控制系統(tǒng)和傳感器

風電機組控制系統(tǒng)由控制器、傳感器、執(zhí)行裝置組成，經傳感器傳輸采集信號到控制器，實現對風電機組各運行子系統(tǒng)的保護與控制，確保風電機組安全穩(wěn)定運行。風向標、風速儀、壓力傳感器等傳感器，由于惡劣的運行環(huán)境，導致傳感器存在較高故障問題。控制系統(tǒng)故障除了傳感器故障外，還有軟硬件故障，如：電路故障、伺服裝置故障等，控制系統(tǒng)故障主要表現為不響應、偶發(fā)性死機等。

2 風力發(fā)電機運行維護策略

2.1 定期維護

風電場風電機組需要定期對風力發(fā)電整機進行維護，定期檢查惡劣環(huán)境中的雨水、塵土、雷電等因素所造成的風力發(fā)電機運行問題，維護人員一旦發(fā)現風力發(fā)電機故障問題，應及時處理確保發(fā)電機清潔、干凈，降低發(fā)電機運行故障發(fā)生率。同時，螺栓、墊圈等發(fā)電機緊固件需要及時檢查其連接情況、絕緣性能等，保證風力發(fā)電機的結構件可以滿足實際運行需要，風力發(fā)電機通常可通過干油潤滑、稀油潤滑來起到對內部機械裝置的潤滑作用，稀油潤滑多用于齒輪箱的潤滑維護，風力發(fā)電機運行維護人員應及時更換潤滑油，干潤滑油則多用于軸承偏航齒輪，由于這類齒輪長期運行很容易造成潤滑油溫度上升，因此存在變質的可能性，發(fā)電機運行維護人員則應及時補充、更換潤滑油，并嚴格控制補充量，防止發(fā)電機電氣燒壞等后果。另外，運行維護人員在維護軸承與潤滑系統(tǒng)時，需要全面、認真檢查潤滑脂類型，并全面清潔油嘴及相關區(qū)域，確保潤滑通道的通暢性，保證軸承用潤滑油按照規(guī)定用量使用。運行維護人員需要結合發(fā)電機實際運行規(guī)律，維護定、轉子繞組，通常情況下繞組干燥的新電機絕緣性能較好，只需在出現故障時進行檢測工作，絕緣電阻值減小不僅受繞組溫度的影響，而且在存儲或運輸過程中受潮等也會降低電氣設備的絕緣電阻值。而對于長時間停機或者首次啟用的發(fā)電機，運行維護人員應至少每年開展一次絕緣電阻測試。

2.2 日常維護

風力發(fā)電機除了需要定期維護外，對于日常運行過程中出現的各種故障問題，運行維護人員應在最快時間內解決，以免延誤風電場風電機組的正常運行，在及時排除故障隱患后，風電場運維人員需要結合故障特點，有針對性地進行日常維護工作。檢查梯子及安全平臺的螺栓是否出現松動，逐一排查監(jiān)控柜內部裝置是否正常運轉，有無放電或其他雜音，檢查發(fā)電機夾板、電纜是否存在松動、偏移現象，排查風力發(fā)電機軸承、砸盤、齒輪、閘墊等構件是否有異響。在完成日常維護工作后，運行維護人員還要及時清理風電機組發(fā)電機，擦拭液壓站的接口部位，確保發(fā)電機干凈、整潔。

2.3 完善管理維護制度

風電場風力發(fā)電機的定期維護、日常維護工作以完善的管理維護制度為基礎，檢測維修制度可以確保發(fā)電機運行維護的有序開展，運行維護人員在管理發(fā)電機的過程中，應按照管理維護制度，全面有序地檢測發(fā)電機的各個線路、元件，有針對性測試線路承受能力，采用先局部檢測再整體檢測的順序，一旦元件、線路性能不達標，應及時對其進行維修更換。另外，還要完善定期維護制度，利用制度約束運行維護人員，規(guī)范維護流程，確保能夠順利開展風力發(fā)電機維護工作，明確定期維護方案、維護時間，從根本上提高發(fā)電機運行維護效率，降低風力發(fā)電機運行故障。

3 結語

隨著我國能源部門出臺加快推進風電開發(fā)意見建議，風力發(fā)電機組擴容需求不斷上升，風電機組運行持續(xù)時間也隨之增加，風力發(fā)電機運行穩(wěn)定性問題日益突出，運行維護人員應根據發(fā)電機運行故障特點，明確故障診斷技術方案，并有針對性地制定風力發(fā)電機運行維護策略，從而提高風電機組中風力發(fā)電機的運行穩(wěn)定性。