辛雁宇1 王琳琼2
1.广西卓洁电力工程检修有限公司 广西 53100
2.国家电投集团广西兴安风电有限公司 广西 53100
摘要：作为新型的可再生资源，风电发电受到社会的普遍关注，与其他发电方式相比，风力发电的环境相对较差，并且目前的发展尚未完善，因此风力发电机组的运行具有巨大的发展空间。然而由于风力发电机组运行中会遇到各种各样的问题，风电安全事故频发，加强风力发电机组的安全保护势在必行。基于此，本文分析了风力发电机组当前的运行现状，并对风力发电机组的安全运行展开探析，并探讨保障风力发电机组安全运行的保护技术，以期促进风力发电机组的安全运行。
关键词：风力；发电机组；安全保护；技术
引言
风力发电机组的运行需要借助风力，以风力推动风轮的转动，进而实现风能向机械能的转化。通过电机的持续旋转，电机的机械能量再次转化为电能，这就是风力发电机组发电的工作原理。风电是世界上发展最快的新型可再生能源，因风电具有间歇性、随机性、非线性等特点，并网后对电网运行的影响日益显著。风电并网运行中的主要问题是并网控制和功率调节。
1风力发电机组分析
风力发电机组控制方式主要有两种，一是恒速恒频控制方式，另一种是变速恒频控制方式，这两种方式下，电能的频率始终处于一致的状态。在科技不断进行的当下，风电技术得以优化与完善，目前变桨距技术应用率较高，其可在风速变化下实现风轮转速的改变，并在变流技术作用的辅助下控制发电机的转距，进而在保持电流频率不变的情况下最大化的提高发电效率。
2发电机在风力发电系统中应用的主要类型
2.1高速双馈感应电机
高速双馈感应电机又叫做DFIG系统，此系统的运行特点是，双馈电机定子绕组的电压频率会随着电网频率的变化受到影响与制约，此时电机运行时的变速范围会受到限制，因此在电网频率额定的情况下，可以确定电机的级数。比如某发电系统的电机额定转速为1750r/min，运行速度范围会在1000~2000r/min，此时通过规律计算，需要利用4极电机，使电网频率额定为50HZ，同时电机的同步转速可额定为1500r/min，能够有效降低系统运行功率，节约发电成本。但是，高速双馈发电机的效率相较于其他电机较低，尤其是当风能速度无法达到35%的额定风速时，该类发电机将无法保证系统的正常发电，具有较高的不确定性。
2.2中速半直驱永磁发电机
中速半直驱永磁发电机，设计与应用的方式较为灵活，给开发人员提供了方便，但此类电机设计相对困难的一点是对电机额定转速与运行速度难以进行有效的选取和设定，需要对系统中的风力机、变速箱等参数进行综合性的分析与整合，才能进行确定。一般中速半直驱永磁发电系统需要采用一级或两级增速机构，比如德国Multibird公司的5MW半直驱永磁风力发电机的运行速度介于58.6～146.9r/min范围之内，其采用的增速箱则是速比为9.92的一级增速机构。中速半直驱永磁发电机在平均风速达到5.4m/s时，其所实现的发电量最高且发电成本适中，运行较为可靠。
3风力发电机组安全保护技术
3.1风力发电机组的安全运行分析
外界环境因素的影响会对风机的稳定运行带来不利影响。在风力发电机组制造时主要应用的是金属结构材料，并需对其进行严格的检测，以确保材料具有较强的温度变化抵抗能力以及防腐能力，并对其结构设计进行合理优化，以此提升发电机组的运行寿命。由于风力发电机组需要24小时运行，并且属于自动控制的运行方式，因此也应设计与之相匹配的自动运行系统。具有可编程功能的控制器是风力发电机组的总控系统，系统中安装了控制系统以及传感器，还有PLC结构，同时还包含下属执行机构。传感器的作用是对发电机组的运行状态进行体现，而PLC则会在机组各个指标出现异常时进行处理，控制器起到的是对各个结构的控制作用，控制系统能否发挥出良好的控制性能是决定风力发电机组能否正常运行的关键。风力发电机组能否稳定与安全运行，取决于其控制系统能否展现出良好的控制效果。现阶段，风力发电机组的控制系统当中应用的都是安全链保护系统，这种运行系统较为独立，安全链保护系统采用的是单回路结构，各个监控点相互关联，一旦发电机组出现故障，单回路将会自动触发开关而关闭回路，停止风力发电机组的运行，进而实现对其安全保护。变桨距的调整是控制风机运行状态的主要方式，通过对变桨距的控制可以降低风力发电机组的负荷，在机组中止运行时，桨叶角位置将会改变，进而实现对机组的安全保护。在机组制动过程中，需要同时使用三个相互独立的叶片变桨结构，一旦风力发电机组的运行出现异常，采用紧急顺浆的方式可使叶片保持在最大角度上，进而使机组停止运行。
3.2风力发电机组SCADA系统应用
监视控制和数据采集系统（SCADA），实现对风电场所有风力发电机组的状态监视、远程控制和数据统计，完成对风场历史数据查询和单机实时信息查询；另外还负责与第三方系统包括网调数据采集和命令下发的通讯。它是MIS（管理信息系统）和SIS（监控信息系统）以及风场建设不可或缺的一套系统，为风机和其他信息系统整合创造了重要条件，主要功能还包括：风场可靠性数据统计，报警查询，风场运行实时数据统计，风机基本状态显示、风机单机信息查询，风机报警查看，风玫瑰图和功率曲线查询，风机单机控制，有功功率设定，多机启停，一键连接，远程复位，故障回放，能量控制，文件上传，数据导出，对外数据服务，信息转发，报表服务，主从服务切换等。
3.3齿轮箱
齿轮机构可以增速、减速、变换旋转方向，齿轮传动具有如下特点：传动功率的范围大，速比范围广；能保证瞬时恒定传动比；可以实现平行或不平行轴之间的传动；针对于齿轮箱的隐患发现可由运行值班人员通过观察齿轮箱运行时的温度、温升或者同部位温度与其他风机对比的方式来判断。例如齿轮箱油温，通常风电机组在大风高速运行时通过散热器散热以及风扇的冷却，齿轮箱油温通常会控制在60℃上下，但如果观察到齿轮箱油温达到75℃甚至接近80℃时，就要考虑风机齿轮箱散热器是否存在堵塞、温控阀是否失效、散热风扇叶片是否损坏、各处轴承是否磨损严重，关于温控阀失效的检查以南高齿齿轮箱为例：一是出口阀到冷却器进油管的温度应该很热；二是冷却器出油管的温度应该低于出口阀到冷却器进油管的温度，如果冷却器出油管很凉（室温），基本可以判断温控阀故障；三是出口阀块到分配器的油管正常时不应该很热，如果这条软管很热（接近油池温度），基本可以判断温控阀故障。另外，登塔就地检查观察齿轮箱运行状况，查看运转是否平稳；有无振动或异常噪声；各处连接的管路有无渗漏，接头有无松动等情况，都可以在风机未报出故障时及早发现，及早处理，保障齿轮箱安全稳定运行。出现以上不正常运行状态，风电机组仍然可以正常运行，所以通过运行数据的分析对齿轮箱进一步检查的意义非凡，在风电机组未报出风机故障时及早发现风机不正常运行因素，及时处理，规避设备隐患与缺陷的发生。
结语
总之，面对风力发电机组的隐患问题，应采取有效的技术手段进行安全维护，从事前预防入手，减少发电机组的故障隐患，使之运行过程中的风险发生率得以降低，进而为风电机组的安全运行提供保障，推动风力发电领域的稳步发展。
参考文献
[1]魏万俊.风力发电机组的安全运行与维护研究[J].科学中国人,2016(18).
[2]乔建旺.风力发电机组运行安全及控制措施的探索[J].商品与质量,2018(14):174.