典型1.5MW風力發(fā)電機組變槳系統(tǒng)深度治理方法

劉旭隆 孫曉明 張寅

摘要：行業(yè)內(nèi)早期1.5 MW風力發(fā)電機組變槳系統(tǒng)由于中國風場的特殊情況，同時風力發(fā)電機組所處環(huán)境較為惡劣，導致機組變槳系統(tǒng)控制與運行頻繁出現(xiàn)各種故障，嚴重影響風力發(fā)電機組的可靠性和運行率。因此，需對運行8年及以上風力發(fā)電機組變槳系統(tǒng)進行深度治理，使機組運行更穩(wěn)定可靠，減少變槳系統(tǒng)故障頻發(fā)現(xiàn)狀，增加機組利用率及發(fā)電量。

關(guān)鍵詞：風力發(fā)電變槳系統(tǒng)深度治理利用率

中圖分類號：TB857 .3文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2022）01（a）-0000-00

Deep Control Method of Pitch System of Typical 1.5 MW Wind Turbine

LIU XulongSUN Xiaoming ZHANG Yin

（Lumingshan Guanting Wind Farm of Beijing Jingneng Clean Energy Power Co.， Ltd.， ?Zhangjiakou， Hebei Province， 075421China）

Abstract： Due to the special situation of wind farms in China and the harsh environment of wind turbines， the pitch system of early 1.5MW wind turbines in the industry often has various faults in the control and operation of the pitch system， which seriously affects the reliability and operation rate of wind turbines. Therefore， it is necessary to conduct in-depth treatment on the pitch system of wind turbine generator units that have operated for 8 years or more， so as to make the operation of the unit more stable and reliable， reduce the current situation of frequent failures of pitch system， and increase the utilization rate and power generation of the unit.

Key Words： Wind power generation; Pitch system; Deep governance; Utilization rate

1 背景與意義

隨著大功率風電機組的批量運行和陸續(xù)出保，風機的維護也面臨眾多的壓力和成本，穩(wěn)定的變槳系統(tǒng)對于整個風機的安全穩(wěn)定運行和發(fā)電量越發(fā)重要。

變槳系統(tǒng)作為整個風機的核心部件，需保證較高的可靠性和質(zhì)量。早期風機變槳系統(tǒng)由于中國風場的特殊情況，環(huán)境較為惡劣，導致變槳系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)各種故障，嚴重影響風電的可靠性和運行率。特別針對已經(jīng)運行8年及以上的風機，變槳系統(tǒng)故障頻繁發(fā)生，極大降低了系統(tǒng)的利用率和發(fā)電量。

針對變槳系統(tǒng)的故障特點，需制定專業(yè)的故障處理、治理優(yōu)化、深度維護。使其更加可靠，穩(wěn)定地運行，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性及機組發(fā)電量[1]。

2 變槳系統(tǒng)簡介

風力發(fā)電機組的變槳系統(tǒng)采用先進的電動變槳控制，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了維護成本。

變槳的控制系統(tǒng)由三個柜體組成：每只槳葉配置一個柜體，柜內(nèi)集成驅(qū)動器、備用電源等核心器件，不僅實現(xiàn)風機啟動和運行時的槳距調(diào)節(jié)，而且能夠在事故情況下?lián)撈鸢踩Ｗo作用，完成葉片順槳操作，同時還完成故障診斷、狀態(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)下的安全復位功能、雷電保護控制、備用單元管理功能等，確保了系統(tǒng)的高可靠性[2]。

3 變槳系統(tǒng)深度治理方案

3.1 結(jié)構(gòu)部件檢查及治理

（1）檢查柜體外觀，是否存在磕碰、劃傷;

（2）檢查柜體鎖件是否存在損壞、缺失、螺釘無法擰緊或松動現(xiàn)象;

（3）檢查柜體密封是否完好，密封條有無損壞、老化現(xiàn)象;

（4）檢查柜內(nèi)加熱器、散熱風扇等結(jié)構(gòu)部件有無變形，緊固螺釘有無松動;

（5）檢查限位開關(guān)安裝是否有松動或損壞;

（6）檢查變槳大齒輪的齒輪面加油是否均勻;

（7）檢查變槳齒輪箱外觀，及與變槳電機連接處有無滲油;

（8）檢查變槳潤滑系統(tǒng)是否正常運行。

3.2 通用電器部件檢查及治理

此部分主要對變槳系統(tǒng)內(nèi)部線路、電器件的功能/性能的檢查和維護。在進行線路和元器件檢查時需要斷開所有電源，防止觸電。注：帶電測試時，需要風機在維護模式下才能操作。

（1）檢查接觸器是否動作正常，觸頭有無灼傷、發(fā)黑現(xiàn)象，并測量接觸電阻;

（2）檢查繼電器是否動作正常，線纜接頭有無灼傷、發(fā)黑現(xiàn)象，并測量接觸電阻;

（3）檢查微型斷路器是否正常工作，線纜接頭有無灼傷、發(fā)黑現(xiàn)象，并測量接觸電阻;

（4）檢查主空開、開關(guān)是否正常工作，線纜接頭有無灼傷、發(fā)黑現(xiàn)象，并測量接觸電阻;

（5）檢查柜內(nèi)防雷模塊是否失效;

（6）檢查柜內(nèi)散熱風扇、加熱有無異常，風扇有無卡澀;

（7）檢查柜內(nèi)線纜有無破損、老化現(xiàn)象，電器件與線纜連接處是否有虛接;

（8）檢查柜內(nèi)及柜外線纜HARTING 接頭及內(nèi)芯插針是否彎折、松動、變形等現(xiàn)象。

3.3 核心電器部件檢查及治理

3.3.1驅(qū)動器部分

（1）檢查驅(qū)動器各接線端子有無灼燒痕跡，接線是否正常，有無松動現(xiàn)象;

（2）檢查驅(qū)動器外殼固定螺栓/螺釘是否有滑絲現(xiàn)象;

（3）檢查驅(qū)動器外部散熱風扇運轉(zhuǎn)是否正常，并對損壞風扇進行更換;

（4）測量驅(qū)動器制動電阻阻值是否正常;

（5）測量驅(qū)動器輸入端是否正常，輸出端電阻阻值是否正常;

（6）測試驅(qū)動器變槳功能是否正常;

（7）通過調(diào)試軟件，分別測試1#軸，2#軸，3#軸槳葉：電機電子剎車動作是否正常，變槳速度設(shè)置為100（0.01 s/°），點擊手動開槳10°左右，再點擊手動順槳至91°，檢查驅(qū)動器工作是否正常;

（8）連接調(diào)試軟件，查看驅(qū)動器程序版本號，并做好記錄;

（9）檢查通信接口，IO接口，電機電流，母線電壓，電機輸出電壓，轉(zhuǎn)矩，速度，位置，溫度等數(shù)據(jù)值是否正常，檢查驅(qū)動器內(nèi)部的功能是否存在失效和異常現(xiàn)象[3]。

3.3.2充電器部分

（1）檢查充電器接線有無松動，指示燈狀態(tài)是否正常，充電器輸入輸出電壓是否正常，充電器安裝緊固螺釘有無松動，充電器風扇運行是否正常，散熱片有無雜質(zhì);

（2）檢查充電器各接線端子有無灼燒痕跡，接線是否正常，有無松動現(xiàn)象;

（3）檢查充電器固定螺栓是否擰緊，螺釘是否有滑絲現(xiàn)象;

（4）檢測充電器輸入端X1：L，N間電壓是否正常，輸出端X2：+，-間電壓是否正常;

（5）檢測充電器外部NTC熱敏電阻是否正常;

（6）檢查充電電壓、電流、溫度等，檢查充電器內(nèi)部的功能是否存在失效和異常現(xiàn)象[4]。

3.3.3備用電源組件

（1）檢查柜內(nèi)環(huán)境，確保柜內(nèi)無水、油污和灰塵等，若存在異物需及時清理;

（2）檢查柜內(nèi)電源組件所有機械結(jié)構(gòu)部件，所有連接緊固牢靠;

（3）檢查電池/超級電容外觀，若電池/超級電容存在鼓脹、漏液、連接端子腐蝕或生銹等情況，需更換整組電池;

（4）檢查電池/超級電容相關(guān)回路，確保連接正常無虛接現(xiàn)象;

（5）檢查電池/超級電容電壓及內(nèi)阻[5]。

3.4 變槳電機部分

（1）檢查變槳電機外殼有無磕碰、脫漆狀況，與電機連接減速齒輪箱處有無漏油、滲油的情況;

（2）檢查電機Harting連接器處線纜是否牢固，連接器內(nèi)部有無退針、縮針現(xiàn)象;

（3）測量電機繞組阻值及對地絕緣電阻阻值，電機內(nèi)部加熱器阻值，電機風扇繞組阻值，電機剎車繞組線圈阻值;

（4）在變槳手動測試其驅(qū)動功能的過程中，觀察電機轉(zhuǎn)動是否平滑，有無噪音;

監(jiān)控電機狀態(tài)，在機艙開槳，順槳狀態(tài)下記錄電機電壓，電流，速度，位置，轉(zhuǎn)矩，溫度等狀態(tài)，測試電機的各種功能是否正常。在緊急收槳狀態(tài)下測試電機是否能在緊急狀態(tài)下回到安全位置，抱閘制動是否有效;

注：電機運行5年以上需要進行一次深度治理。

3.5 變槳減速機部分

（1）檢查變槳齒輪箱油質(zhì)有無滲漏現(xiàn)象，同時通過外漏的油質(zhì)判斷齒輪油及齒輪箱是否正常;

（2）清理并更換變槳齒輪箱內(nèi)齒輪油。

3.6 滑環(huán)及滑環(huán)線部分

（1）使用專業(yè)清洗劑對滑環(huán)進行清洗;

（2）檢查滑環(huán)線內(nèi)線束是否通斷;

（3）檢查并測試滑環(huán)信號線，電源線，動力線絕緣性能;

（4）使用絕緣膠帶修復滑環(huán)線磨損處[6]。

4 系統(tǒng)功能測試

（1）葉片校零：在限位開關(guān)處檢查當前葉片的位置，同時校零，之后進行緊急收槳查看角度是否一致，限位開關(guān)功能是否正常;

（2）手動功能測試：分為機艙開槳/順槳測試和變槳內(nèi)手動測試兩種，檢查是否正常，電機軸承，噪音，性能是否正常，驅(qū)動器是否正常有無異響;

（3）緊急收槳功能測試：測試功能是否正常，電池電壓變化情況，各回路器件是否正常;

（4）自動功能測試（機艙內(nèi)開槳/收槳測試）進行驅(qū)動器、電機的各種指標監(jiān)控;

（5）安全鏈功能測試，斷開安全鏈或急停按鈕進行測試。

5 安全事項

（1）在進行深度維護時，需要長時間在輪轂進行作業(yè)，因此需要保證整個風機和人員的安全，請相關(guān)操作人員務必嚴格執(zhí)行;

（2）操作風機進行急停或維護狀態(tài)，并確認 3個葉片已經(jīng)撞到限位開關(guān)處，以保證風機不會自啟動，避免突然運行帶來危險;

（3）在小風或在安全風速下才能進入輪轂，并鎖好機械和液壓鎖后才能進行維護操作;

（4）進入輪轂前在機艙側(cè)斷開進入變槳的所有 400VAC，230VAC UPS，24VDC 電源，以防止后續(xù)電氣線路檢查回路時發(fā)生觸電;

（5）斷開變槳系統(tǒng)柜體上所有開關(guān)，并用萬用表檢查是否帶電。注意電池此時是有電的，在測試電池回路線路和電池開關(guān)時要注意;

（6）打開柜門時要輕拿輕放，柜門要放置在安全位置，注意柜門不要碰撞柜內(nèi)器件和柜外的電纜及電機，編碼器，防止撞壞或者刮傷電纜;

（7）變槳系統(tǒng)維護時，不允許對任何線路進行更改或變更，特別是安全鏈等回路。維護后恢復到之前的狀態(tài);

（8）維護人員的工具等要妥善保存，避免遺漏在輪轂內(nèi)或者柜內(nèi)。超級電容模組冗余并聯(lián)連接，保證即 使在單個電容模組斷路失效的情況下，后備電源仍能提供驅(qū)動直流電機緊急回槳的動力，確保風機安全;超級電容狀態(tài)監(jiān)測功能，集成在充電器內(nèi)部的超級電容容值檢測，可在不停機的情況下，監(jiān)測后備電源的工作狀態(tài)，使風機可以預判出電容模組容量不足，規(guī)避風險。

6 結(jié)語

通過對8年及以上風力發(fā)電機組變槳系統(tǒng)進行深度治理方案的實施作業(yè)，在進行深度治理后其變槳系統(tǒng)運行穩(wěn)定性得到提升，減少機組變槳系統(tǒng)故障次數(shù)，增加機組變槳系統(tǒng)運行可靠性及穩(wěn)定性。

參考文獻

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[5]王志遠.基于故障數(shù)據(jù)的風力發(fā)電機組運行規(guī)律及維修策略研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2021.

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