風力發(fā)電機組的維護分析

伍釗宏

（哈電風能有限公司，湖南 湘潭 411102）

0 引 言

進入21世紀后，科技飛速發(fā)展，人們對能源的使用逐漸從不可再生能源轉(zhuǎn)向可再生能源。風能作為可再生能源的一種，得到了突飛猛進的發(fā)展。從長遠看，風能綠色清潔又是可再生能源，運用好風能是世界各國的發(fā)展共識。在中國，風能更是發(fā)展迅速，短短的20年間已成為世界裝機容量最多的國家。隨著裝機容量的快速增長及裝機運行時間的增加，風力發(fā)電機組的故障維修、日常護理已逐漸引起人們的重視。如今中國政府對陸上和海上風力發(fā)電機組的補貼將相繼取消，且風力發(fā)電的電能價格已實現(xiàn)平價，甚至低于火力發(fā)電，風力發(fā)電機組的降本增效問題亟待解決。而降低維護成本、合理優(yōu)化維護策略及增強維護能力是最直接有效的方法。

風力發(fā)電機組的高可靠性是風力發(fā)電根本要求，而潮濕、風沙、震動、極寒、極熱以及腐蝕等惡劣運行環(huán)境，不完善控制策略及風力發(fā)電機組安裝設(shè)計缺陷都會導致風力發(fā)電機組發(fā)電效率低[1]。本文將考慮上述不利條件，對風力發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)組成、運行維護進行研究分析，得出合理有效、性價比高的維護策略，使風力發(fā)電機組高效可靠運行。

1 風力發(fā)電機組的基本組成及其作用

為了更好地研究和分析風力發(fā)電機組的運行維護，本文將對風力發(fā)電機組的基本組成及各組成的作用按照結(jié)構(gòu)分支和系統(tǒng)分支兩部分詳細闡述。

1.1 結(jié)構(gòu)分支

結(jié)構(gòu)分支如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)分支表

1.2 系統(tǒng)分支

系統(tǒng)分支有水冷系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)。

（1）水冷系統(tǒng)由水冷液、水冷管道、水冷泵體、水冷電機、三通閥、溫度和壓力傳感器、加熱器、排氣閥、扇熱風扇、水冷控制回路及供電回路構(gòu)成，主要實現(xiàn)對變頻器溫度的控制。

（2）液壓系統(tǒng)由液壓油、液壓站、液壓管路、偏航制動器、輪轂制動器、輪轂手動制動泵、液壓控制回路及供電回路構(gòu)成，主要實現(xiàn)偏航制動及輪轂制動。

（3）潤滑系統(tǒng)由變槳軸承油脂泵、主軸承油脂泵、偏航軸承油脂泵、油脂分配閥、油脂管路、控制回路及供電回路構(gòu)成，主要實現(xiàn)對發(fā)電機總成、變槳系統(tǒng)及偏航系統(tǒng)的潤滑。

2 風力發(fā)電機組的運行維護分析

2.1 預防性維護

2.1.1 部件預防性維護

風力發(fā)電機組部件預防性維護是指對風力發(fā)電機組各個部件在非故障狀態(tài)下人為停機進行檢查維護，對風力發(fā)電機組起預防故障及事故發(fā)生的作用。各部件預防性維護如表2所示[2]。

表2 各部件預防性維護表

2.1.2 系統(tǒng)預防性維護

系統(tǒng)預防性維護是指對風力發(fā)電機組進行整體系統(tǒng)的檢測分析，根據(jù)系統(tǒng)聯(lián)系或各部件之間的聯(lián)系和潛在聯(lián)系，找出導致異常的根本原因，從源頭解決問題。系統(tǒng)預防性維護一般發(fā)生在部件預防性維護后，在維護人員檢測出異常問題后，技術(shù)人員針對異常問題進行系統(tǒng)分析。通過實驗驗證找出原因，給出修復改進方案，并應用于風力發(fā)電機組。觀察風力發(fā)電機組運行效果，評估效果，得出結(jié)論，不斷完善風力發(fā)電機組修復改進方案，最終使風力發(fā)電機組達到穩(wěn)定良好運行狀態(tài)。系統(tǒng)預防性維護主要發(fā)生場合如表3所示。

表3 系統(tǒng)預防性維護主要發(fā)生場合

2.2 日常故障維護

2.2.1 氣象站的故障維護

氣象站安裝在風機頂部，具有感知風力發(fā)電機組實時風速、實時風向、外界溫度及警示高空飛行物的作用。如氣象站發(fā)生故障，應檢查相關(guān)故障元器件外觀是否完好，手動撥動元器件檢查是否存在卡澀或異常，觀察其運行時是否存在異常。有必要時需手動拆解元器件，檢測其內(nèi)部元件是否正常。檢測氣象站電氣線路是否正常及檢測其信號輸入、輸出元器件和電源是否正常[3]。檢測完成后分析原因找出故障點，進行修復處理。氣象站故障大部分原因是由于元器件老化損壞，在現(xiàn)場不能修復的情況下，可更換損壞器件達到修復目的。

氣象站的故障維護在風機外部，維護人員出艙維護必須做好相關(guān)的安全防護。

2.2.2 變槳系統(tǒng)的故障維護

變槳系統(tǒng)安裝在風力發(fā)電機組的輪轂內(nèi)部，對風力發(fā)電機組的3個葉片進行變槳控制，以達到對風的最適應力，進而帶動發(fā)電機最高效運行發(fā)電[4]。變槳系統(tǒng)是工作最頻繁，也是運行故障率最高的地方，其系統(tǒng)工作原理復雜，故障檢查困難。對變槳系統(tǒng)的故障點檢測分以下幾步：首先打開控制柜，檢查各個元器件外觀是否完好，用檢測儀器檢查各個元器件是否正常，檢測電氣線路是否正常；其次檢測變槳電機是否正常，檢測變槳齒輪箱是否正常，觀察變槳軸承齒和變槳齒輪箱輸出齒是否損傷以及兩齒之間的間隙是否正常，手動變槳觀察變槳軸承是否存在異常；最后檢測變槳電容柜電器元件及滑環(huán)組成是否正常。檢測完成后，進行原因分析，找出故障點，現(xiàn)場通常對損壞部位進行修復或?qū)p壞部件進行更換。

通常處理變槳系統(tǒng)故障采用類比法和對調(diào)法。類比法是將變槳系統(tǒng)正常葉面和異常葉面進行比較，找出異常葉面的不同點，以確定故障原因點進行修復，常用于初步故障尋找。對調(diào)法是將正常葉面的電氣元部件/機械元部件和異常葉面的電氣元部件/機械元部件進行對調(diào)，觀察異常是否轉(zhuǎn)移到正常葉面。如異常已經(jīng)轉(zhuǎn)移到正常葉面，可以判定為此對調(diào)元部件損壞，之后對此對調(diào)元部件進行修復或更換即可，此方法常用于難以判別類故障。以上兩種方法簡單直接，對復雜難以找出故障點的變槳系統(tǒng)十分實用。

2.2.3 發(fā)電機的故障維護

發(fā)電機是風力發(fā)電機組的核心部位，通過輪轂帶動內(nèi)部線圈切割磁感線產(chǎn)生電力。故障發(fā)生主要有以下因素導致：（1）溫度檢測線松動，導致溫度異常，緊固接線可恢復正常；（2）油脂潤滑不夠，導致溫度異常，加注油脂可恢復正常；（3）散熱風扇異常，導致溫度異常，修復散熱風扇可恢復正常；（4）發(fā)電機內(nèi)部損壞，內(nèi)部存在短路或開路等現(xiàn)象，由于發(fā)電機體積大、高空維修困難，因此采用返廠維修。

發(fā)電機排查方法通常采用屏蔽法，此方法是將疑似損壞元部件進行屏蔽，觀察故障是否消除，如消除則為此元部件異常。屏蔽法不僅適用于發(fā)電機故障，也適用于其他故障。

2.2.4 偏航系統(tǒng)的故障維護

偏航系統(tǒng)用于風力發(fā)電機組對風，以達到對風力資源的最好利用。偏航系統(tǒng)故障率最高的部位為偏航制動部分（液壓系統(tǒng)控制），主要是由于風力發(fā)電機組偏航制動部分需要承受較大的迎風沖擊力及風向?qū)崟r變化導致的巨大工作頻率和工作負荷。對于偏航制動故障，常用的方法是更換偏航制動器及剎車片。另外，對于現(xiàn)場環(huán)境惡劣，風速風向多變的風場，偏航軸承打齒及偏航減速機損壞也是頻繁發(fā)生。偏航軸承損壞一般外包專業(yè)技術(shù)人員進行現(xiàn)場修復，偏航減速機損壞則現(xiàn)場更換，損壞偏航減速機進行返廠維修[5]。

2.2.5 變頻器的故障維護

變頻器是通過內(nèi)部的IGBT對發(fā)電機輸入電流進行變頻變壓，輸出頻率為50 Hz，電壓為660 V的交流電。變頻器內(nèi)部集成度高，現(xiàn)場維護人員難以維護，一般通過遠程指導現(xiàn)場維護人員進行故障維修，或廠家到現(xiàn)場維護。

2.2.6 水冷系統(tǒng)的維護

水冷系統(tǒng)對變頻器起到降溫的作用。由于變頻器工作時電流大，產(chǎn)生大量的熱能，因此水冷系統(tǒng)的好壞至關(guān)重要。水冷系統(tǒng)故障主要有以下幾點：一是水冷管道破裂或連接件松動導致水冷管道漏液，可更換管道或緊固連接件修復；二是水冷泵體或電機損壞，可更換泵體或修復電機修復；三是水冷分配閥門異常，可調(diào)節(jié)分配閥門設(shè)置或更換分配閥門修復；四是水冷管道堵塞，可更換水冷液和清洗水冷管道堵塞部位修復；五是散熱風扇損壞，可更換散熱風扇修復。

2.2.7 潤滑系統(tǒng)的維護

潤滑系統(tǒng)對風機軸承、齒輪起潤滑作用，潤滑系統(tǒng)的檢測通常采用逐級排查法。逐級排查法，是從油脂潤滑系統(tǒng)的最高一級檢查，逐級往下直到被潤滑器件。潤滑系統(tǒng)管路多而復雜，盲目檢測難以精準查找故障點，往往顧此失彼。采用逐級排查法，思路清晰明了，簡單易懂，大大節(jié)約了檢測時間。

潤滑系統(tǒng)的修復通常采用油脂稀釋和外物疏通兩種方法，如果無法疏通，則更換堵塞管路[6]。

3 結(jié) 論

風力發(fā)電機組開始運行到終止運行有20年以上的時間，在這期間任何時候都離不開風力發(fā)電機組的運行維護。風力發(fā)電機組的運行維護費用占運行總費用之高，對風力發(fā)電機組的運行維護進行分析研究尤為重要。本文通過對風力發(fā)電機組的組成結(jié)構(gòu)、運行維護進行研究分析，從長遠角度看，對節(jié)約風力發(fā)電機組運行總費用具有重要的指導意義。如今風力發(fā)電行業(yè)發(fā)展迅速，需加強專業(yè)技術(shù)人員定向培養(yǎng)，完善健全運行維護制度和策略，為風電行業(yè)及清潔可再生能源的穩(wěn)步發(fā)展打下堅實基礎(chǔ)。