风电机组的日常检修维护与故障处理

张娟

摘 要：由于风能生产技术的提高，风力发电机组在发电中的使用越来越多。在风机运行中，会出现不同的风机部件故障，这些故障会影响机组的正常运行和用户的用电情况，造成供电中断事故，并导致严重的经济损失。因此，技术人员对风机的维护及故障处理尤为重要。而当前的风机维修技术总体来说还存在一定不足，需要管理人员不断地优化和改进技术应用和相关理论知识，全面分析降低机组效率的原因，并采取有效的解决措施，同时加强对风机主控、变流器、齿轮箱、发电机设备故障的管理。因此，技术人员在日常维护中，必须注意SCADA告警情况，针对相关故障采取适当维护方法。当出现问题时，全面提升风电机组的检修质量。

关键词：风电机组;检修;故障;处理

中图分类号：TM315 文献标识码：A

引言

风电机组的日常维修和保养对保障供用电尤为重要，合理的检查和维护工作是保证风机稳定的基础。通过科学的设备维护，技术人员能全面了解风机的运行情况，明确各部件是否存在故障问题，以有效制定机组的后续维护计划，提前进行检修，防止造成人身安全事故或严重的财产损失。确保风机安全运行，提升其运行的可靠性和经济效益。

1 风机运行常见故障及相关诊断方法

1.1 风力发电机故障及诊断方法

发电机是风力发电的基本部件，作用是将机械能转化为电能，为电力系统提供持续的电力。由于国内风力发电机组容量增加，发电机尺寸增大，给设备的密封带来困难。当发电机在不同电磁下运行时，非常容易出现故障问题。常见故障有：发电机过振、过热、绕组短路、母线断裂以及绝缘损坏等。据文献统计，在发电机故障中，轴承故障达到40%，定子故障为30%。所以根据其故障特性，技术人员通常用的诊断方法是分析转子/定子信号、电压状态以及实际输出功率，以此判定发电机的运行情况。

1.2叶片故障及常规诊断方法

叶片是风能生产的主要部件，由纤维复合材料制成。由于它长期处于恶劣环境下工作，并暴露在潮湿条件下，极易造成裂纹和损坏。随着风电机组技术发展，其叶片长度不断增加甚至到达90米以上，所以体积和质量也在不断提高。如果发生故障，会对整个机组的运行造成损害。叶片的测试通常依赖于在各种压力中的应力变化分析其是否破损，同时，通过红外图像，利用在不同温度下的红外图像分析故障位置，判断相关问题。由于表面产生裂纹、剥落等问题，会直接影响辐射能消散，所以利用红外检测能准确地分析零件表面的缺陷。同时技术人员也可在机翼上安装防冰系统，以提高其在低温下的运行可靠性。

1.3主控系统相关故障及诊断

主控系统是设备运行的大脑，也是主要部件。风扇的运行由主控制系统控制，主要控制系统是由PLC的模块和与背板总线进行连接。该设备常见故障分为模块自身故障和外部故障。自身故障主要有数字或模拟信号异常、信号无响应、指示灯不亮等，解决方法是及时更新程序或设备。外部故障常在后台系统中作为警报调用，借助相关告警提示和代码显示，技术人员可快速找到设备故障点，达到排除故障的目的。所以在维护期间，不能忽视保护主控系统的相关报告，避免造成严重的风电机组不安全事故发生。

1.4 齿轮箱常见故障及诊断方法

齿轮箱是双馈机组传动的重要部分，连接着主轴和发电机。齿轮箱的结构复杂，受力大，所以运行时容易发生破损，尤其是在严重负载下工作时。其常见故障可为齿轮故障和轴承故障。常见齿轮故障有：断齿、齿面疲劳、卡齿等。轴承问题包括：磨损、裂纹、表面剥落等。由于轴承是齿轮箱的重要连接部分，如运行中出现故障，会对齿轮箱造成损坏。因此，进行振动监测是比较有效的检测方法，也是衡量齿轮、轴承运转的指标。日常维护时，要重点检查传动线、中心孔、冷却器等是否损坏，检查结构的密封性，同时，定期打开齿轮箱进行检查，或使用内窥镜检查油路流量变化，以及排气管有无裂纹和弯曲的问题。另外，技术人员要进行传感器和振动测试，要重视齿轮箱、发动机等部件的日常维护。

2 提升风机设备维护与故障排除的相关措施

2.1 优化服务方式选择

技术人员根据风机故障类型，将其分为早期、意外和损害故障。根据检测方法的不同，将诊断分为日常、定期维护和故障维护。如在机组使用初期，故障率很高。这常是由于设计和制造缺陷引起的，或是由于人员操作不合理造成的。要解决该问题，就要加强日常维护管控，及时发现设备存在隐患，尽快及时进行处理。当机组通过240试验后，其运行逐渐稳定。维护人员严格遵守维护计划，定期对风机保养，特别对传动系统、导体母线、螺栓等结构部件进行检查。风机运行第二年，在日常维护中要根据故障频率建立部件储备，减少因设备部件缺失而造成的停机问题。设备运行第三年，已进入稳定运行期。管理人员须根据实际运行特点进行维护检查，定点排除各种类型的故障，以消除潜在隐藏问题。风机运行五年后，主要部件开始出现老化、异响、振动等情况，需要对其进行全面的性能检查，以提高日常维护，准确维护，防止小问题升级为大事故。同时还要对系统进升级，以更先进的技术，降低风机故障频率，提高使用效率。

2.2 实施有针对性的事故排除措施

不同的风电机组在运行期须使用不同的故障排除和检查方法。如功率曲线不达标，造成单机设备运行不完整，这时候要从叶片、机械部件方面入手，进行各种软件测试。要严格按照管理的要求执行，考虑风电机组位置是否受到影响，以及高度因素等。当电机出现故障时，除更换电机制造商外，还考虑整体系统的设计和维护是否存在問题，并分析后备电源充放电效率、轴承以及传动影响，判断桨叶对电机故障产生的影响。虽然风场区域特性存在差异，但可通过有效的纠正技术加以消除。风电场运行和故障排除，要不断进行研究和总结，以制定更完善的风电场技术维护管理措施。同时还要制定健全风电场管理制度，强化管理措施，推进设施设备技术改造，确保风电机组稳定运行，使风能发展适应日益增长的能源需求。

2.3风机设备维修基本策略

首先预防性维护，它发生在设备故障前，使设备达到规定的运行状态。此类措主要是添加润滑脂、杂质清理、部件更换等。为防患于未然，要确保在故障发生前采取行动。预防性维护适用于危险故障，在完成任务后能有效减少设备经济损失。它被广泛认为是解决系统故障和低维护成本的良好方案。但增加预防性工作在一定程度上会降低生产效率，所以预防性维护要有明确的时间节点。其次是事后维护，它是设备出现故障或安全隐患时，为恢复使用而进行的维护工作。它能降低很多经常性故障的设备成本，对此必须使用事后维护。另外是进行定期维护，它是在了解设备故障间隔或运行时间以及维护计划基础上，提前进行设备检修和维护，无论设备是否处于最佳运行状态。技术人员要合理分析设备磨损时间，故障产生间的关系。以提前排除设备故障，保障系统的正常运行。在大多数情况下，技术人员会制定维护策略保持设备良好的工作状态。在实际工作中，许多设备故障的时间存在一定的曲线特性。在这种情况下，应采用先进的状态监测技术，对设备功能进行检测和分析，综合判定其运行状况。如设备在维修中有磨损特性，应按照监测标准及时报告。设备维护还应基于系统状态的实时评估，这也是提升风电系统维护质量的主要趋势。并且系统维护计划和运行状态，应根据检修计划进行比较总结，以分析设备维护工作存在的问题。根据实际维护质量制定合理的维护措施[1]。

3加强对风机组部件及相关实验的分析

3.1 加强风机部件维护的相关性分析

根据风机部件维修定义分拆，部件维修相关性分为三类，即经济相关性、结构相关性以及随机相关性。经济相关性分为经济正相关和负相关。它意味着修复几个组件比单独修复一组件会节省更多资金。设备系统通常包括各种设备，所以必须进行专业化的维护，以显著减少设备停机的时间，减少维护性成本和损失。同时考虑到人员安全、产品质量等因素，实施多个部件维护比单个的维护会更合理。对于结构性相关问题：故障组件应由其他组件进行支持。在修复或更换前，要修复或移除部分工作部件。这种操作关系是基于故障性能服务的，而不会产生组件间故障。而随机相关性它能对整个系统过程产生相互影响，从而使组件间的不同部分故障产生互斥性。任何部件状况都会影响其他部件的使用寿命，对于经济性相关而言，它不影响部件结构的使用性能。其重点是结合不同部件维护，以达到最佳维护效率。同时结构相关性也是如此，两者都注重组件的正常使用[2]。

3.2 加强对设备故障分布的总结性分析

对于风电机组故障，其具体分布如下表所示。在故障中，大部分表现在电气、主控系统和风电机组中。发电机不同部件间的故障通常是相对独立的，但也有一定的一定联系。复杂风机即时故障的排除和维修，要从其精度检测时间和成本三个方面，建立和提出的有限状态维修模型。

4加强对风机组运行的指标管理

4.1 对于PBA升降单元

要提高发电机组 PBA的方法是降低其功率损耗。这旨在增加机组实际发电量，减少停机时间和电力损失。从提高机组发电量角度看，改善机组功率曲线是非常重要的，它是根据风况改变管理质量的必要工具。每个风电场的风力发电机其风速概率分布是不同的，常用二参数威布尔分布曲线表示风速分布模型。当其参数变化时，不同风速段会发生显著变化。可通过改变Copt增益增加机组发电量，促进高频风能吸收和提高系统整体发电量对不同设备风频功率进行优化，以提升机组的输出功率和效能。这种情况，PBA发电机可达到最佳效果。从减少停机电力损失角度看，减少故障导致停电问题，從而减少系统的能耗损失。因此要提高对设备故障的预测能力，根据风时情况增加必须的计划外维修，减少强风阶段故障的维修。改善功率曲线的交互作用以提高PBA指标[3]。

4.2 加强对MTBI的管理

MTBI提高能有效降低运营和维护成本，增加机组的发电量。其关键是提高元件质量、系统的设计水平和设备生产质量。要从以下向几方面入手，首先是增强机组器件设计的可靠性。设计应考虑其运行环境和应用条件，要在关键部位增加连接，强调安装质量的可靠性。在提高系统运行可靠性和降低成本间找到平衡点，降低整体运行成本，并有效控制机组故障次数。其次要通过精益制造和调试，控制设备的输出。风电机组生产中要执行标准化操作，在原型制造设备后，应进行工厂测试。必须通过全功率测试和电网设备检查，满足电气系统的运行性能。在进入量产阶段，要积极改进机组投产流程，在调试中严格遵守设备的调试要求。在精调中对主控、SCADA进行自动测试，并合理确定控制方案。通过不断研发轮毂和机舱调节平台，实现智能自动调节，消除调节中人为操作影响。用先进的控制系统，改进集线器的调试效果，增加电源检测相序、通讯接的功能性。对于机组的调试内容要增加偏航系统、液压以及制动系统测试和调整，以实现全面的调试管理工作。通过精调过程，显着提高风机调试质量，同时加快风场系统的调试速度，及时发现软硬件系统的问题，提高风机运行的稳定性。加强对风电场人员素质的培训，确保风电机组维护人员素质不断提高，具备良好的风电机组运行技术[4]。

4.3全面优化MTOTI 检修时间

要减少机组维修时间，其关键是快速记录系统发生的故障，及时进行维修。所以要制定标准化的工作流程。MTOTI指标从以下方面进行提高：如利用远程维护平台扩展对系统故障的预测能力，以加强对大数据在线监测技术的分析能力。由于远程维护平台兼顾了数据采集、控制、诊断管理等功能，可在故障发生早期消除隐患。通过对平台风电机组的数据管理，对设备进行全面方位的监控，及早发现问题，以尽快进行维护[5]。

结束语

目前，随着风电场的建设项目的增加，4兆瓦及以上风机类型已成为当前重要的能源，风能也进入了快速发展的阶段，自动化智能化的风电场成为未来发展的主方向。所以技术管理人员必须重视风电机组的日常维护工作。除日常的检查维护外，还要加强对机组变流器等设备的控制，不断提升对全套精密部件的维修，如齿轮箱、发电机、叶片。通过对机组各种故障问题进行系统性的分析，并根据风机特点采取有针对性的处理策略。

参考文献：

[1]江聪. 风电机组故障预警并行化数据处理技术研究[D].华北电力大学，2021.

[2]陈飞.风电机组PLC安全链反馈丢失故障原因分析及处理[J].广西电业，2020（06）：68-70.

[3]孟鹏飞，李强.基于SCADA故障告警数据的风电机组隐患分析及处理方法[J].风能，2019（01）：94-98.

[4]杨儒龙，刘述喜.双馈风电机组常见故障分析与处理[J].设备管理与维修，2017（08）：63-65.DOI：10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.07.29.

[5]顾天凌，陈伟球.风电机组频繁触发过振保护跳机故障的分析处理[J].广东电力，2017，30（02）：54-58.