朱帅
大唐集团辽宁分公司新能源事业部 辽宁省 沈阳市 110000
摘要：风电机组作为风电场运行的核心装置，由于通常地处沿海区域或恶劣环境、交通不便的偏远郊区，且机舱一般位于离地面上百米的高空，因此，给风电机组日常运行维护造成一定难度。为尽量避免风电机组故障造成停机，而带来的巨大经济损失，迫切需要提高风电机组尤其是核心设备风力发电机的运行可靠性，控制风力发电机的运行维护成本。本文在分析风力发电机故障特点的基础上，具有针对性地提出运行维护策略。
关键词：风电场；风电机组；运行维护
1绪论
风力发电是风能利用的一种重要形式，也是可再生能源中技术最成熟和发展规模最大以及商业发展前景最广阔的项目之一。风力发电因其具有无污染、可再生以及技术成熟等特点而受到社会的青睐。当前，风电场运行管理和建造技术虽然有了长足的进步，但是在实际运行中仍然存在一定的安全隐患，这会对风机场的安全运行产生一定的影响。风力发电的安全保护技术当前主要包括直驱式风力发电机的安全系统运行和控制技术，该文针对安全系统的控制技术进行相关分析和总结。由于我国大部分的风能资源都非常丰富，这些地区主要是处于北部以及沿海近海岛屿的 2 个带状范围中，分布区域当前的自然环境十分恶劣，并且离主要的人口聚集区相对要远一些，因此使用人工的方式检测有很大难度。如果在运行中出现了故障，就无法快速检修。当前的风力设备在运行过程中不仅要保持运行的持续性，同时还需要保证运行的安全性，除此之外还需要注意，不要让外部环境对其产生负面影响。在风力设备的控制系统中，安全保护系统是当前经常会使用的 1 种防护措施，尽管其在控制系统里进行工作的时间并不多，频率不高，但是优先级较高，如果安全保护系统快速进入运行状态，整体控制系统中的其余子系统自身的控制功能就会自动服从安全保护系统[1]。
2风力发电机常见故障问题
2.1叶片
风电机组中叶片作为风电机组感应风能的重要构件，叶片往往承受较大风能应力，且所处环境极其恶劣，即使风电机组正常运行，也会出现一些设备故障，如 ：叶片结构松动造成雨水通过裂纹进入叶片内部，引起叶片不平衡 ；环境污染等原因增加叶片表面粗糙程度 ；长期受到风能应力导致叶片变形、叶片结构裂纹、桨距控制失效而造成空气动力不平衡。由于叶片受力出现形变或裂纹时，会释放时变的、高频的、瞬态的声发射信号，风电机组叶片损伤探测与评估常使用声发射检测技术，考虑到叶片故障引发的转子叶片受力不均会传导到机舱上而造成机舱晃动，可在机舱主轴上安装多个振动传感器，通过传感器采集低频振动信号，分析叶片转动空气动力不平衡等故障[2]。
2.2齿轮箱
齿轮箱通常由一级行星齿轮、两级平行齿轮传动组成，是连接风力发电机与风电机组主轴的重要构件，通过齿轮结构可使主轴上低转速变为较高转速，以此满足风电机组的正常运行转速需要，由于风电机组齿轮箱的工作运行环境非常恶劣、传输功率较大、工况较为复杂，齿轮箱的高速轴侧轴承、行星齿轮、传动侧轴承、中间轴轴承等发生故障的几率较大。由于齿轮受冲击载荷、交变应力等作用影响，很容易出现齿面擦伤、磨损、断齿等问题，造成滚道滑伤、轴承磨损、外圈跑圈、滚子打滑等故障。由于齿轮箱故障所需的部件维修时间较长，维修费用相对较高，对于齿轮箱故障诊断可利用小波神经网络方法分析其振动信号，还可检测分析润滑油温度、油液磨粒、轴承温度等信息，对齿轮箱故障进行诊断。
2.3电动机
现阶段风电机组通常采用永磁同步发电机、双馈发电机，直驱式风力发电机是直接耦合电机转子，通常使用永磁同步电机，电机转速一般较低，电机启动转矩较大，定子绕组经全功率变流器接入电网，相对于双馈发电机其运行范围较宽，但直径较大、结构相对复杂，设备成本较高。相对于永磁同步发电机技术，双馈发电机转速相对较高，会存在一定的噪音污染，且风电机组对应需要增速齿轮箱，因此机组整体重量较重。双馈发电机为异步发电机，其额定转速为 1500r/min，由于变流器连接转子，可实现功率的双向流动，确保发电机在额定转速 70-105% 范围内的恒频变速运行，以此获得稳定的输出功率。风电机组风力发电机中的电动机故障有机械故障、电气故障，机械故障主要表现为轴承损坏、过热，转轴形变磨损、转、定子间隙异常等 ；电气故障主要表现为绕组断路、短路、过热等。电动机故障通常分析电动机的温度、电流、振动等信号完成相应检测。
2.4控制系统和传感器
风电机组控制系统由控制器、传感器、执行装置组成，经传感器传输采集信号到控制器，实现对风电机组各运行子系统的保护与控制，确保风电机组安全稳定运行。风向标、风速仪、压力传感器等传感器，由于恶劣的运行环境，导致传感器存在较高故障问题。控制系统故障除了传感器故障外，还有软硬件故障，如：电路故障、伺服装置故障等，控制系统故障主要表现为不响应、偶发性死机等。
3风力发电机运行维护措施
3.1完善管理维护机制
风电场风力发电机的定期维护、日常维护工作以完善的管理维护制度为基础，检测维修制度可以确保发电机运行维护的有序开展，运行维护人员在管理发电机的过程中，应按照管理维护制度，全面有序地检测发电机的各个线路、元件，有针对性测试线路承受能力，采用先局部检测再整体检测的顺序，一旦元件、线路性能不达标，应及时对其进行维修更换。另外，还要完善定期维护制度，利用制度约束运行维护人员，规范维护流程，确保能够顺利开展风力发电机维护工作，明确定期维护方案、维护时间，从根本上提高发电机运行维护效率，降低风力发电机运行故障[3]。
3.2定期维护
定期大修的时候需要仔细地检查风力涡轮机中的每个部件，通过这样的方式确认是否出现了问题，同时及时对其进行更换以及修理。故障应急维修指的是风机产生故障的过程中，需要快速进入现场进行检查，一旦发现问题需要及时处理。首先对故障的表现形式进行观察，如电机抖动和液压损失等，快速地对故障原因进行判读，暂停维修，对于损坏部件需要及时更换，并且检查和纠正电子控制系统产生的短路连接以及端子松脱或者是环境受到环境影响等相关情况。为了能够快速地更换部件，易损件以及消耗品需要被保存在风力发电基站或者是委派专业的维修人员进行携带。维修保养工作完成后，需要及时对故障点以及解决方案进行记录，对维修现场进行清理，保证设备完好，使其能够为日后类似故障的处置提供 1 个精准并可靠的处置方案[4]。
3.3日常维护
风力发电机除了需要定期维护外，对于日常运行过程中出现的各种故障问题，运行维护人员应在最快时间内解决，以免延误风电场风电机组的正常运行，在及时排除故障隐患后，风电场运维人员需要结合故障特点，有针对性地进行日常维护工作。检查梯子及安全平台的螺栓是否出现松动，逐一排查监控柜内部装置是否正常运转，有无放电或其他杂音，检查发电机夹板、电缆是否存在松动、偏移现象，排查风力发电机轴承、砸盘、齿轮、闸垫等构件是否有异响。在完成日常维护工作后，运行维护人员还要及时清理风电机组发电机，擦拭液压站的接口部位，确保发电机干净、整洁。
3.4变频器运行维护
风力发电电气控制设备属于变频器。其应用的具体原理是在风轮转速与设定值不足的时候，变频器在电网交流电转变成直流电在基站电容中被保存，再使用交流电将其发送到电动机转子。逆变器经常出现的故障包括了过流故障和过载故障以及过电压故障与温度故障。因为逆变器的种类以及形式较多，所以故障的编码和具体的处理方案也会出现较大的差异。以温度故障诊断为例，在风力发电机、电网冷却风扇停止工作后，冷却循环泵不能得到有效控制，同时其相应的故障代码引起设备关闭的主要原因是逆变器自身的温度较高。解决方案 ：检查冷却风机叶片是否出现损坏，电机电源是否欠压 ；检查冷却循环泵电机和其自身的密封性。检查故障原因之后，及时更换新散热器以及电机，并且可以完成对电源的冗余处理[5]。
4结束语
本文通过风电机组中风力发电机的常见故障分析，针对故障诊断难点问题，优化风力发电机的运行维护环节，重点加强故障难点的维护工作，为风电场风电机组的运行维护提供新的思路。运行维护人员应根据发电机运行故障特点，明确故障诊断技术方案，并有针对性地制定风力发电机运行维护策略，从而提高风电机组中风力发电机的运行稳定性。
参考文献
[1]张玉表.风电场风电机组中风力发电机的运行维护[J].科技风,2020(22):145.
[2]丁鹏. 基于贝叶斯随机抽样的风电设备可靠性分析与维修决策研究[D].华北电力大学(北京),2019.
[3]张金艳. 基于趋势预测的风电机组运行状态模糊综合评估[D].华北电力大学(北京),2018.
[4]戴煜林. 故障树及振动包络分析在风电机组故障诊断中的应用[D].华北电力大学(北京),2016.
[5]徐颖剑. 风电机组发电机故障分析诊断[D].华北电力大学,2013.