国华（赤城）风电有限责任公司 河北张家口 076450
摘要：在现在社会的发展中，我国经济的进不去越来越快，风电行业相较之前也有了一定的进步。本文介绍了冰山梁项目金风750机组防爆膜故障攻关的方法、过程、结论和成果，冰山梁项目750风机防爆膜被冲破导致机组建压超时故障是该项目机组的常报故障，通过排查更换机组UPS,调节340节流阀和优化小风停机程序，有效地减少了该故障的报出频次，提高了机组的发电效率。希望能为今后我国电力行业的发展带来一定的帮助。
关键词：失速；节流阀；蓄能器；电磁干扰
金风750机组属于定桨距失速型风机，风机桨叶角为固定不变的，而是利用桨叶本身的气动特性，即在额定风速以内，叶片的升力系数较高，风能利用系数(CP值)也较高，而在风速超过额定值时，叶片则进入失速状态，致使升力不再增加，风轮转速将不随风速的增大而上升，从而达到了限制风机功率的目的。该机组叶尖可绕叶片主轴线旋转74°，产生空气制动力。当叶轮旋转时，液压压力使叶尖保持在正常运行位置。当停机时，释放叶尖的液压压力，在离心力和弹簧力的联合作用下，叶尖沿转轴转动到刹车位置，使风机停机。风机的气动刹车是风机最可靠的保护装置,金风750机组有两种过速保护，一是控制系统过速保护，二是防爆膜过速保护。防爆膜是根据爆裂压力来选定型号的特定金属膜，是一个机械的过速保护。如果叶轮转速达到23RPM后继续升高，叶尖压力达到127bar时，防爆膜破裂（防爆膜的设定压力有一个±5bar的偏移值，也就是说叶尖压力在122bar-132bar的范围内都会破裂），叶尖压力释放，叶尖立即弹出，风机执行停机。
一、运行数据分析
统计19年上半年报建压超时更换防爆膜的机组总计11台，查看历史瞬时数据进行分析发现：39＃、5＃、47＃机组停机过程中冲破防爆膜；7＃、15＃机组风向风速不稳，停机状态下冲破防爆膜；30＃机组多次限电，频繁启停，停机状态下冲破防爆膜；44＃、74＃、76＃、81＃、2＃机组冲破防爆膜时为雷雨天气，同时刻报出建压超时故障，瞬时记录显示以上机组从正常状态突然丢失数据40分钟左右后均显示已故障。防爆膜为风机过速的机械保护，经查看后台数据分析，冰山梁项目机组防爆膜破裂并非过速造成的。
二、攻关方向
2.1分析防爆膜回路
防爆膜在叶尖回路中起过速保护作用，防爆膜破裂时，叶尖回路泄压，叶尖甩出,机组报出建压超时故障。分析该回路主要有310、320、350等电磁阀，叶尖蓄能器，340节流阀等元件组成，防爆膜异常破裂可能与这些元件有关。而且每个电磁阀都反向并联1个二极管（图2所示），首先我们从这个发现进行突破。金风750机组当液压回路断开时，电磁阀内会产生一个极高的电动势，根据电感量的大小不同，这个电动势会高出输入电压的数倍，反向并联二极管，就将这个自感电势短路掉，如果未装二极管或二极管损坏，这个反向电动势会摧毁无触点的控制电路，导致系统瘫痪或误动作。我们分析讨论认为二极管损坏可能导致电磁阀误动作冲破防爆膜。对冰山梁1#、3#、26#、74#、76#风机专项测量，这几台机组的二极管均正常完好（3#、74#、76#风机近期更换过防爆膜）。经后续利用其它工作时间测试统计，没有发现二极管损坏的机组，排除这方面的原因。
2.2雷雨天气影响
经上诉运行数据可知，44＃、74＃、76＃、81＃、2＃机组均是雷雨天气报出该故障，首先检查这几台机组防雷接地情况，未发现异常。分析液压系统电磁阀供电回路，该回路由UPS、变压器、整流桥、RC单元组成。上述提到有5台机组是雷雨天气同时刻报故障，并且数据丢失5分钟左右。UPS除给电磁阀供电以外，还给机组PLC模块供电，数据丢失是由于模块失电导致，经现场检查发现这5台机组UPS均处于旁路工作状态。
UPS的作用是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应，并且能够抑制电力谐波干扰、电压瞬间跌落、高压浪涌、电压波形畸变、电磁干扰等电力污染，如果UPS工作在旁路状态，以上功能将起不到作用。由上述可知，雷雨天气雷电产生的电磁干扰，影响电压稳定，叶尖泄压电磁阀不能够及时动作导致防爆膜被冲破。现已对冰山梁项目83台机组UPS进行全面排查，对有问题的UPS进行维修或更换，目前所有机组的UPS全部工作在正常状态。
2.3系统压力不稳
根据运行数据分析，除雷雨天气外，大部分机组冲破防爆膜时为小风天气，机组频繁启停，导致叶尖回路频繁建压、泄压，所以该回路压力不稳定为冲破防爆膜的重要因素。为防止叶尖蓄能器在补压时对系统造成冲击，蓄能器和泵之间装有340节流阀和单向阀，（图1所示），叶尖补压时通过单向阀给蓄能器储存压力，当需要蓄能器给叶尖系统补压时，需经过340节流阀。经检查发现冰山梁项目金风750风机340节流阀设置值不统一，该项目80%机组的340节流阀为完全旋紧状态。查阅机组调试手册，只注明该阀需旋松，未注明具体设置值。对28#、70#风机进行现场测试，这两台风机340节流阀是完全拧紧的。维护状态下，当旋松340节流阀能听见明显的蓄能器往出补压的声音（因在机组维护状态下进行试验，叶尖回路处于泄压状态，此时蓄能器往出补压会直接回到油箱，能明显听到油箱内咕噜咕噜的声音），这说明完全拧紧340节流阀，压力只进不出，叶尖蓄能器往叶尖系统补压回路是不通的，叶尖蓄能器起不到缓存周期性冲击、震荡和稳定压力等作用。所以340节流阀完全拧紧是不对的，经查阅资料和咨询金风厂家，340节流阀的设置值应旋出1格，目前已将冰山梁项目83台机组的340节流阀全部设置为旋出1格。
2.4优化小风天停机程序
由于该故障产生大部分为小风天，机组频繁启停，频繁甩叶尖造成对防爆膜的冲击。根据此种情况我们做了另外一项措施，对机组小风天停机程序进行了优化。自由停机时首先断开接触器，同时判断转速降和发电机转速，根据转速降和发电机转速，程序执行了三种指令，一种是转速降的太慢，发电机转速大于500转，则执行偏航操作，直到发电机转速降到设定值以下，才停止偏航。第二种是如果发电机转速小于500转则根据风速判断发电机转速，如果在设定时间内降到设定转速以下，那么就进入空转。第三种情况是如果退出旁路接触器后发电机转速超过1500转，则甩叶尖，进入停机状态。
三、结束语
经过分析、试验，我们主要做了三方面的措施：一是对机组UPS电源进行排查，使UPS电源工作在正常状态，能够持续稳定的为机组各元器件提供电压，消除了雷雨天气电磁干扰导致批量防爆膜损坏的情况。二是调节340节流阀，340节流阀未调节之前，叶尖蓄能器起不到应有的作用。蓄能器是液压系统中的一种储存油液压力能的装置，其主要的作用为系统保压、吸收压力冲击和消除压力波动。金风750机组液压系统使用的蓄能器是充气式中的一种为皮囊式，氮气压力叶尖为90bar左右，系统为125 bar左右。通过调节340节流阀，使叶尖蓄能器真正发挥作用，不仅能缓冲压力波动对防爆膜的冲击，而且使叶尖保压能力得到提高，减少了液压泵对叶尖的补压频次，延长了液压泵、电磁阀、液压缸等元件的使用寿命，降低了相关液压系统故障的发生率。三是优化小风天停机程序，通过3种指令的判定，机组会根据具体的情况执行不同的命令，而不是单纯的甩叶尖停机。这样极大的降低了机组频繁甩叶尖动作次数，减少了叶尖泄压时油压对防爆膜的频繁冲击。通过以上三项措施，极大的减少了防爆膜被冲破的可能，同时也降低了液压系统整体故障的发生率。我们通过近4个月的观察，截止目前只有1台机组报出建压超时故障是防爆膜冲破所致，并且液压系统故障较以往也得到了明显的下降，这说明我们所做的措施是行之有效的，取得了显著的效果。
参考资料：
[1]姚兴佳.风力发电机组原理与应用[M]，北京：机械工业出版社，2015：158-159
[2]新疆金风科技股份有限公司企业标准.金风S48/750KW机组现场调试手册[Z].2006