風力發電機組故障處理
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摘 要：近年來，人們的發電方式不斷變化，從最初的燒煤發電，演變至現在的清潔能源發電，其中風力發電被人們廣泛接受。雖然風力發電減少著對大氣的污染，但是由于其技術不夠成熟，導致運行時頻發故障。本文從風力發電機組的概述出發，首先分析了風力發電機組的常見故障，最后探討了相關的處理措施，供同行參考。
關鍵詞：風力發電機組;原理;故障;措施
中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）08-0171-02
0 引言
風能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，是人類和自然和諧相處、推動經濟發展的新能源。隨著人們對氣候問題重視度的提高，風力發電得以快速發展，特別是印度、中國等發展中的國家。相較于傳統的發電方式，風力發電具有發電效率高、環境污染少等優勢，不僅符合著國家的發展戰略，也保障著人們的生活和工作。合理運用發電技術，規避發電問題，是每位從業者需要關注的問題。下面，筆者從自身經驗出發，對風力發電機組的故障處理進行了如下探討。
1 風力發電機組的概述
1.1 風力發電機組的構成
風力發電機組是指將其他形式的能源，轉變為電能機械設備，由風輪、對風裝置、機頭座和回轉體、調速裝置、傳動裝置、制動器、發電機等設備組成。現階段，風力發電機組在科技、農業生產、國防等方面都得以廣泛應用。發電機形式多樣，但其原理都基于電磁力定律、電磁感應定律，因此其構造原則為：用合適的導電材料、導磁材料構成相互感應的電路和磁路，從而產生電磁功率，達到能量轉換的效果。
1.2 風力發電機組的工作方式
在風力發電機組發電時，需要保證輸出的電頻率恒定。這無論是對風光互補發電，還是風機并網發電而言，都是非常必要的。要想保證頻率恒定，一方面要保證發電機轉速穩定，也就是恒頻恒速的運行，因為發電機組經由傳動裝置運行，所以其必須保持恒定的轉速，以免影響風能的轉換效率。另一方面，發電機的轉動速度隨著風速變化，借助其他手段保證電能頻率恒定，也就是變速恒頻運行。風力發電機組的風能使用系數，和葉尖速比有著直接的關系，存在某些明確的葉尖速比，使CP值最大。因此，在變速恒定運行的情況下，發電機和風力機的轉動速度，雖然發生著某種變化，但是并不影響電能的輸出頻率。
1.3 風力發電的優勢
由于風電屬于新能源，無論是技術還是成本，都和傳統的水電、火電存在巨大差異，因此其要想快速發展，需要政策給予足夠的扶持。分析得知，風力發電具有如下優勢：（1）風是由大氣受到太陽輻射引起的空氣對流，可以說是太陽能的另外形式。風能是自然界的產物，不需要進行任何加工，也不會污染大氣環境，可以直接拿來使用。相較于火力發電，其具備可再生、無污染的優勢。（2）現階段，風力發電機組已能批量生產，特別是風力發電技術成熟的國家，2MW、5MW這種容量較高的機組，已正式投入運行。相較之下，我國的風力發電發展空間較大。（3）風力發電占地面積小，建設周期短，成本低，發電量大，可靈活用于不同環境下，不受地形限制。而且，隨著科學技術的發展，可實現遠程控制。
2 風力發電機組故障分析
2.1 發電機故障
在發電機運行過程，由于各方面的原因，產生各種故障。無論其故障大小，都要采用有效措施消除，并在故障處理前切斷機組電源，以免引發安全事故。分析得知，發電機常見故障包括：（1）軸承發熱或響聲不正常。潤滑脂過多或不足，軸承磨損燒壞，潤滑脂變質或含有異物，軸承內外圈松動等，都會導致軸承出現不正常的響動或發熱。（2）軸承漏油。發生原因和潤滑脂稀化，軸承發熱，密封件間隙過大或損壞，潤滑脂多等相關。（3）發電機噪聲或振動。機組軸向串動，葉片角度不同，機組和發電機共振，安裝不牢固，軸承損壞等，導致發電機頻繁振動，出現巨大噪聲。（4）發電機失磁。該故障發生后，會降低系統電壓和定子電壓，升高定子電流。點亮失磁保護動作牌，使無功表指示負值，其他機組勉強動作。（5）發電機著火。發電機周圍有焦味，端部空冷室有火光，發電機差動、接地等保護可能動作。定子鐵芯溫度升高，表針擺動。
2.2 變槳系統故障
一般來講，變槳系統故障主要包括這幾點：（1）變槳CANOpen通訊故障。主控和變槳通訊的連接線路為：通訊CM202、太通訊防雷、主控重載、滑環、變槳重載B1、變槳防雷和EPEC控制，只要其中的任何線路或元件出現問題，就會導致整個系統故障。（2）變槳軸-驅動器故障。變槳驅動器由軸模塊、濾模塊、電源模塊共同組成，常見故障模塊為軸模塊。（3）軸-變槳超時故障。分析得知，該故障的發生原因和驅動器輸出電壓低、電機編碼器出現問題、變槳電機自身問題相關。
2.3 變流器系統故障
在變流器系統運行過程中，常見故障主要包括：（1）變流器CANOpen通訊故障。由于風機主控、控制器通訊中斷，導致風機控制器發出變流器通訊故障的警告。分析得知，該故障和通訊線虛接、通訊參數設置錯誤、串口引腳焊接錯誤等因素相關。（2）變流器跳閘。如果變流器風機主控未向變流器發出脫網的指令，而是由控制器直接發出指令，就會在檢測到變流器脫網的情況下發出故障跳閘，其原因和變流器側故障、風機側故障、外部環境不良相關。（3）并網超時。當發電機轉速超過1250轉后，風機主控就會發出指令啟動變流器，隨后并網閉合開關。通常情況下，并網超時故障由風速不穩、變流器充電回路故障、并網開關故障、功率模塊內部故障相等因素所致。
2.4 偏航系統故障
在風力發電機組運行過程中，偏航系統故障是常見現象，主要表現為：（1）偏航噪音大。在偏航系統運轉期間，通常會產生一定的噪音，如果噪音偏大，不但會產生強烈的振動，還會影響整個機組的安全性。該現象的發生和驅動小齒輪、軸承齒圈嚙合異常，偏航制動器和制動盤摩擦，機械結構件干擾等因素相關。（2）偏航減速齒輪箱打齒。現如今，雖然偏航驅動齒輪箱已國產化，產品質量也趨于穩定，但仍有個別發電機存在驅動齒輪箱打齒的現象，發生原因和偏航制動時受外界荷載沖擊、齒輪加工或加熱產生缺陷、齒輪箱滲漏油相關。（3）軸承斷齒及滾道脫落。受驅動齒輪加工、沖擊等因素影響，使偏航軸承齒圈出現缺陷，從而引發斷齒、滾道脫落的問題。（4）制動盤磨損。偏航制動器偏航壓力大，長時間磨損使得制動盤不滿足制動器需求;制動器摩擦片長時間磨損，導致液壓缸和制動器直接接觸，造成制動盤嚴重磨損。 3 風力發電機組故障處理措施
3.1 發電機故障處理
針對發電機的故障處理，主要表現為這樣幾點：（1）清除或補充潤滑脂，清洗或更換軸承，緊固圓螺母、螺栓。（2）加厚或更換密封件，更換軸承，及時排除軸承發熱故障。（3）讓發電機在規定功率內運行，檢查墊片，發現破損后及時更換。調整發電機的振動周期，修理或更換破損的零部件。（4）發電機失磁由FMK誤跳所致，而發變組出口開關未跳閘，應立即解除開關聯跳壓板，試合FMK開關。若該開光無法合上，需要通知值長停機。另一方面，發電機失磁保護動作，滅磁開光跳閘，可按照發變組出口開光跳閘處理。（5）當發電機著手時，即刻拉開FMK開關、發電變組出口開關，保證發電機轉速為每分鐘300轉。用滅火器滅火，繼續運行冷水，直到火災撲滅。滅火過程中，同樣要維持每分鐘300轉的轉速。
3.2 變槳系統故障處理
變槳系統故障的處理，可從這樣幾點進行：（1）檢查軸承表面和密封性，查看是否出現腐蝕、噪聲、斷齒等情況，發現后及時修補，或更換變槳軸承。加大巡檢力度，定期保養和維護，同時加注潤滑油脂。（2）定期檢查齒輪箱的油位是否正常、是否漏油、油色是否渾濁等，手動變槳查看是否卡澀。（3）為規避滑環轉換器故障問題，保證潤滑性、低電阻，需要定期添加潤滑劑，日常維護時清理內部污物，并緊固接線。一旦滑環轉換器破損，立即進行更換，同時在送電前進行絕緣電阻測試。
3.3 變流器系統故障處理
對于變流器系統的故障處理，可從以下幾點著手：（1）檢查主控和變流器通道線纜是否壓好，及時更換控制板變流器I/O擴展板，檢查電機負載是否過大，變流器轉矩參數是否合理。（2）提示驅動板連接錯誤時，首先手動暫停風機，然后將變流器電源關掉，打開變流器的1號柜和2號柜，取下驅動線，清理插座和插頭灰塵，最后重新插上開啟。（3）檢查風扇是否正常運行，如果不能使用，即刻和廠家聯系更換;如果風扇可正常運行，且沒有任何故障，應檢查1號柜的反饋線是否正常，如若線路也正常，可更換轉子側電路板。
3.4 偏航系統故障處理
為預防偏航系統故障的發生，在設置制動器偏航壓力時，應結合風電場實際，明確偏航壓力值。在摩擦片使用之前，對其進行充分的檢驗。在設計偏航制動盤時，應確保表面粗糙度滿足要求。加大產品生產過程的管控力度，尤其是關鍵的工藝流程。為保證整個機組偏航的穩定性，應選擇合適的制動力矩。對于偏航軸承而言，設計期間除要考慮軸承關鍵部位的安全系數外，還要根據風電場的具體情況，對軸承的疲勞壽命、承載能力進行仿真實驗和分析，保證滾道潤環良好。同時，嚴格把控產品的加工流程，提高軸承的可靠性。為防止制動盤磨損，應合理設計制動壓力，選用耐磨性好的材料，檢查現場巡檢，及時更換受損的摩擦片，以免影響整個偏航系統的運行。
4 結語
綜上所述，風力發電技術作為一種新興技術，當前仍存在諸多問題，影響發電效率，引發安全事故。因此，相關人員需要深入分析風力發電機組的故障問題，采用有效措施進行處理，同時加大作業現場的管理力度，降低故障發生率，延長整個機組的使用壽命。
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