风电场风机变桨系统故障分析与措施

闫柏冰

(大唐河南清洁能源有限责任公司，河南 郑州 450001)

0 引言

随着经济社会的发展、科技的进步，人们对能源的需求量也越来越大。为了满足日常生活和工作的需求，石油、煤炭及天然气等化石能源被大量开采，但是在开采的同时自然环境也遭到了破坏，环境也被严重地污染。因此，清洁能源得到了全球学者的关注。风能是一种清洁可再生资源，是目前主要的清洁能源之一。近年来，风力发电场的建设得到了迅猛发展，同时以机组运行与维护为主的发电第三产业成为了一个新的增长点。由于风电设备所处的工作环境十分恶劣，导致设备的故障率比较高，进而导致设备运行维护成本居高不下。因此，对风电机组的故障诊断进行分析及研究故障诊断的方法对降低设备故障率及运行维护成本具有重要的意义，同时也能够提高设备运行的安全性。

1 风电场风机变桨系统的基本概述

简单来讲，所谓的“风机变桨系统”其实本质上而言就是一种通过借助控制技术和动力系统来改变发电机轮毂上叶片桨距角大小(风力较大时减小桨叶迎角，风力较小时增大桨叶迎角)、叶片气动特性以及整机受力状况的一种控制功率与转速处于平衡状态的风力发电机桨叶调节装置系统。变桨系统一般由变桨电机、大齿圈部件、变桨小齿轮以及变桨轴承等组成。风机一旦启动，变桨系统就会开始工作，变桨角度会从顺桨90°位置变动到15°位置，然后逐渐变动到3°左右的位置。如果超过额定功率，变桨角度会在此收到调整以保证实际功率在额定功率的范围内波动。在额定功率下变桨系统需要不断地动作以满足设备的要求，因此变桨系统机械部件的故障率明显偏高。

2 风电场风机变桨系统的常见故障

2.1 变频器故障

在当前风力发电场建设规模和数量持续增加的新市场经济常态下，风机变桨系统运行过程中，变频器故障有着极高的发生率，目前来看常见的变频器故障主要有——变频器通讯中断、变频器内IGBT损坏、控制板件损坏以及导线插头虚焊等。

2.2 备用电源系统蓄电池故障

据调查在现阶段风机变桨系统故障发生率的占比中，备用电源系统蓄电池故障的发生率是最高的，尤其在风机运行两到三年左右，给企业整体发展造成了极为不利的影响。

2.3 变桨电机故障

就目前来看，在风机变桨系统使用过程中，变桨电机故障的发生率也是极高的，而根据大量调研数据分析可知，造成上述系统故障的因素除了电机本身质量(线圈断线、直流电机碳刷磨损等)外，变频器损坏、蓄电池电压低、限位开关不到位等在导致电机过载的同时，进而引发了变桨电机故障问题的发生。

2.4 滑环故障

在风机变桨系统使用过程中，滑环故障的发生率也相对较高，据调查滑环故障的发生除了由于滑环脏污的因素外，滑环触针跳出也是导致故障问题发生的重要原因。除此之外经大量调研数据分析可知，滑环故障的发生还导致了变频器通讯故障、蓄电池故障及变频器损坏等系统故障问题，给企业发展造成了极为不利的影响。

3 风电场风机变桨系统故障的预防措施

3.1 设计方面

在当前工业一体化建设进程不断推进的新市场经济常态下，为满足现阶段企业生产和人们日常生活对于电力能源的需求，近年来风电发电场建设规模和数量也取得了突破性进展，但由于风机变桨系统故障问题的存在，企业整体发展势必受到了一定阻碍。为从根本上提高风机变桨系统的可靠性，在系统设计过程中设计人员需适当地加大叶片的变桨电机制动力矩，由此在不断提高变桨机构强度等级的同时，确保即使在各种恶劣环境(极端风速、异常湍流和突变风向)下，叶片也不会被吹动，变桨机构也不会发生损坏问题。

3.2 安装方面

为降低风机变桨系统故障发生率，在进行系统安装过程中，工作人员不仅需严格按照安装作业流程进行安装操作，严禁安装的随意性，与此同时为提高变桨系统中电气连接部分及机械连接部分的紧固性，工作人员需选用绝缘的连接线进行良好绑扎。除此之外在进行安装时，为了增强风机抗台能力，工作人员还要在选用优质变桨限位开关的基础上，对其位置进行合理化调试。

3.3 生产运行

作为风电场电机控制系统的重要组成部分，风机变桨系统的可靠性在一定程度上对于企业经济效益和社会效益而言有着重要影响，故此为从根本上降低各类系统故障的发生率，基层产业机构和相关部门工作人员在风机变桨系统运行维护过程中，还需定期检查变桨电机刹车片磨损情况，对于磨损较为严重的刹车片进行及时更换以确保变桨电机的制动力矩。此外在变桨系统运行过程中，及时更换老化的蓄电池、及时调整或更换出现故障的限位开关、定期清洗滑环以及定期紧固变桨系统的电气连接及机械连接螺丝，也是现阶段提高风机最大风能利用率的重要战略手段。

4 结语

简而言之，作为风电场电机控制系统的重要组成部分，风机变桨系统在使用过程中，系统故障的发生对企业和国家整体发展而言是十分不利的，为此不断优化和改进设计、安装及制造工艺，加强定期维护，由此为企业可持续发展目标的实现奠定良好基础。