關(guān)于風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行維護(hù)分析

湛福江

（中廣核巴里坤風(fēng)力發(fā)電有限公司，新疆哈密，839200）

0 引言

風(fēng)能是一種綠色、可再生能源，在很大程度上可以解決發(fā)電產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，風(fēng)電機(jī)組作為風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的核心裝置，由于通常地處沿海區(qū)域或惡劣環(huán)境、交通不便的偏遠(yuǎn)郊區(qū)，且機(jī)艙一般位于離地面上百米的高空，因此，給風(fēng)電機(jī)組日常運(yùn)行維護(hù)造成一定難度。為盡量避免風(fēng)電機(jī)組故障造成停機(jī)，而帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失，迫切需要提高風(fēng)電機(jī)組尤其是核心設(shè)備風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性，控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行維護(hù)成本。本文在分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，具有針對(duì)性地提出運(yùn)行維護(hù)策略。

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見故障特點(diǎn)

1.1 葉片

風(fēng)電機(jī)組中葉片作為風(fēng)電機(jī)組感應(yīng)風(fēng)能的重要構(gòu)件，葉片往往承受較大風(fēng)能應(yīng)力，且所處環(huán)境極其惡劣，即使風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行，也會(huì)出現(xiàn)一些設(shè)備故障，如：葉片結(jié)構(gòu)松動(dòng)造成雨水通過裂紋進(jìn)入葉片內(nèi)部，引起葉片不平衡；環(huán)境污染等原因增加葉片表面粗糙程度；長(zhǎng)期受到風(fēng)能應(yīng)力導(dǎo)致葉片變形、葉片結(jié)構(gòu)裂紋、槳距控制失效而造成空氣動(dòng)力不平衡[1]。由于葉片受力出現(xiàn)形變或裂紋時(shí)，會(huì)釋放時(shí)變的、高頻的、瞬態(tài)的聲發(fā)射信號(hào)，風(fēng)電機(jī)組葉片損傷探測(cè)與評(píng)估常使用聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，考慮到葉片故障引發(fā)的轉(zhuǎn)子葉片受力不均會(huì)傳導(dǎo)到機(jī)艙上而造成機(jī)艙晃動(dòng)，可在機(jī)艙主軸上安裝多個(gè)振動(dòng)傳感器，通過傳感器采集低頻振動(dòng)信號(hào)，分析葉片轉(zhuǎn)動(dòng)空氣動(dòng)力不平衡等故障。

1.2 齒輪箱

齒輪箱通常由一級(jí)行星齒輪、兩級(jí)平行齒輪傳動(dòng)組成，是連接風(fēng)力發(fā)電機(jī)與風(fēng)電機(jī)組主軸的重要構(gòu)件，通過齒輪結(jié)構(gòu)可使主軸上低轉(zhuǎn)速變?yōu)檩^高轉(zhuǎn)速，以此滿足風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速需要，由于風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的工作運(yùn)行環(huán)境非常惡劣、傳輸功率較大、工況較為復(fù)雜，齒輪箱的高速軸側(cè)軸承、行星齒輪、傳動(dòng)側(cè)軸承、中間軸軸承等發(fā)生故障的幾率較大。由于齒輪受沖擊載荷、交變應(yīng)力等作用影響，很容易出現(xiàn)齒面擦傷、磨損、斷齒等問題，造成滾道滑傷、軸承磨損、外圈跑圈、滾子打滑等故障。由于齒輪箱故障所需的部件維修時(shí)間較長(zhǎng)，維修費(fèi)用相對(duì)較高，對(duì)于齒輪箱故障診斷可利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法分析其振動(dòng)信號(hào)，還可檢測(cè)分析潤(rùn)滑油溫度、油液磨粒、軸承溫度等信息，對(duì)齒輪箱故障進(jìn)行診斷[2]。

1.3 電動(dòng)機(jī)

現(xiàn)階段風(fēng)電機(jī)組通常采用永磁同步發(fā)電機(jī)、雙饋發(fā)電機(jī)，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)是直接耦合電機(jī)轉(zhuǎn)子，通常使用永磁同步電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速一般較低，電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，定子繞組經(jīng)全功率變流器接入電網(wǎng)，相對(duì)于雙饋發(fā)電機(jī)其運(yùn)行范圍較寬，但直徑較大、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，設(shè)備成本較高。相對(duì)于永磁同步發(fā)電機(jī)技術(shù)，雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，會(huì)存在一定的噪音污染，且風(fēng)電機(jī)組對(duì)應(yīng)需要增速齒輪箱，因此機(jī)組整體重量較重。雙饋發(fā)電機(jī)為異步發(fā)電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，由于變流器連接轉(zhuǎn)子，可實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)，確保發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速70-105%范圍內(nèi)的恒頻變速運(yùn)行，以此獲得穩(wěn)定的輸出功率[3]。風(fēng)電機(jī)組風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的電動(dòng)機(jī)故障有機(jī)械故障、電氣故障，機(jī)械故障主要表現(xiàn)為軸承損壞、過熱，轉(zhuǎn)軸形變磨損、轉(zhuǎn)、定子間隙異常等；電氣故障主要表現(xiàn)為繞組斷路、短路、過熱等。電動(dòng)機(jī)故障通常分析電動(dòng)機(jī)的溫度、電流、振動(dòng)等信號(hào)完成相應(yīng)檢測(cè)。雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

1.4 變壓器和變流器

風(fēng)電機(jī)組的電氣系統(tǒng)故障雖然造成的停機(jī)時(shí)間不長(zhǎng)，但電氣系統(tǒng)發(fā)生故障頻率較高，反復(fù)維修造成過高的維修成本，特別是近年來風(fēng)電機(jī)組不斷擴(kuò)容，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)故障時(shí)有發(fā)生，風(fēng)電機(jī)組的電氣系統(tǒng)故障主要由變壓器、變流器的過流、過壓、過熱、濕度過大等導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部電路板、電容、功率半導(dǎo)體器件等電子元器件無(wú)法發(fā)揮正常功能。

1.5 控制系統(tǒng)和傳感器

風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)由控制器、傳感器、執(zhí)行裝置組成，經(jīng)傳感器傳輸采集信號(hào)到控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)組各運(yùn)行子系統(tǒng)的保護(hù)與控制，確保風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀、壓力傳感器等傳感器，由于惡劣的運(yùn)行環(huán)境，導(dǎo)致傳感器存在較高故障問題?？刂葡到y(tǒng)故障除了傳感器故障外，還有軟硬件故障，如：電路故障、伺服裝置故障等，控制系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為不響應(yīng)、偶發(fā)性死機(jī)等。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)策略

2.1 定期維護(hù)

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組需要定期對(duì)風(fēng)力發(fā)電整機(jī)進(jìn)行維護(hù)，定期檢查惡劣環(huán)境中的雨水、塵土、雷電等因素所造成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行問題，維護(hù)人員一旦發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障問題，應(yīng)及時(shí)處理確保發(fā)電機(jī)清潔、干凈，降低發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障發(fā)生率。同時(shí)，螺栓、墊圈等發(fā)電機(jī)緊固件需要及時(shí)檢查其連接情況、絕緣性能等，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)件可以滿足實(shí)際運(yùn)行需要，風(fēng)力發(fā)電機(jī)通?？赏ㄟ^干油潤(rùn)滑、稀油潤(rùn)滑來起到對(duì)內(nèi)部機(jī)械裝置的潤(rùn)滑作用，稀油潤(rùn)滑多用于齒輪箱的潤(rùn)滑維護(hù)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)及時(shí)更換潤(rùn)滑油，干潤(rùn)滑油則多用于軸承偏航齒輪，由于這類齒輪長(zhǎng)期運(yùn)行很容易造成潤(rùn)滑油溫度上升，因此存在變質(zhì)的可能性，發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)人員則應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充、更換潤(rùn)滑油，并嚴(yán)格控制補(bǔ)充量，防止發(fā)電機(jī)電氣燒壞等后果。另外，運(yùn)行維護(hù)人員在維護(hù)軸承與潤(rùn)滑系統(tǒng)時(shí)，需要全面、認(rèn)真檢查潤(rùn)滑脂類型，并全面清潔油嘴及相關(guān)區(qū)域，確保潤(rùn)滑通道的通暢性，保證軸承用潤(rùn)滑油按照規(guī)定用量使用。運(yùn)行維護(hù)人員需要結(jié)合發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行規(guī)律，維護(hù)定、轉(zhuǎn)子繞組，通常情況下繞組干燥的新電機(jī)絕緣性能較好，只需在出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行檢測(cè)工作，絕緣電阻值減小不僅受繞組溫度的影響，而且在存儲(chǔ)或運(yùn)輸過程中受潮等也會(huì)降低電氣設(shè)備的絕緣電阻值。而對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)或者首次啟用的發(fā)電機(jī)，運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)至少每年開展一次絕緣電阻測(cè)試。

2.2 日常維護(hù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)除了需要定期維護(hù)外，對(duì)于日常運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種故障問題，運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)在最快時(shí)間內(nèi)解決，以免延誤風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行，在及時(shí)排除故障隱患后，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維人員需要結(jié)合故障特點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行日常維護(hù)工作。檢查梯子及安全平臺(tái)的螺栓是否出現(xiàn)松動(dòng)，逐一排查監(jiān)控柜內(nèi)部裝置是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，有無(wú)放電或其他雜音，檢查發(fā)電機(jī)夾板、電纜是否存在松動(dòng)、偏移現(xiàn)象，排查風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸承、砸盤、齒輪、閘墊等構(gòu)件是否有異響。在完成日常維護(hù)工作后，運(yùn)行維護(hù)人員還要及時(shí)清理風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)，擦拭液壓站的接口部位，確保發(fā)電機(jī)干凈、整潔。

2.3 完善管理維護(hù)制度

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的定期維護(hù)、日常維護(hù)工作以完善的管理維護(hù)制度為基礎(chǔ)，檢測(cè)維修制度可以確保發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)的有序開展，運(yùn)行維護(hù)人員在管理發(fā)電機(jī)的過程中，應(yīng)按照管理維護(hù)制度，全面有序地檢測(cè)發(fā)電機(jī)的各個(gè)線路、元件，有針對(duì)性測(cè)試線路承受能力，采用先局部檢測(cè)再整體檢測(cè)的順序，一旦元件、線路性能不達(dá)標(biāo)，應(yīng)及時(shí)對(duì)其進(jìn)行維修更換。另外，還要完善定期維護(hù)制度，利用制度約束運(yùn)行維護(hù)人員，規(guī)范維護(hù)流程，確保能夠順利開展風(fēng)力發(fā)電機(jī)維護(hù)工作，明確定期維護(hù)方案、維護(hù)時(shí)間，從根本上提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)效率，降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)能源部門出臺(tái)加快推進(jìn)風(fēng)電開發(fā)意見建議，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組擴(kuò)容需求不斷上升，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行持續(xù)時(shí)間也隨之增加，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性問題日益突出，運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障特點(diǎn)，明確故障診斷技術(shù)方案，并有針對(duì)性地制定風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)策略，從而提高風(fēng)電機(jī)組中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。