分析風電場電氣設備中風力發(fā)電機運行故障及維護

趙 寶

（國能思達科技有限公司）

0 引言

風力發(fā)電機是發(fā)電場內重要的電力設備類型，是電能生產的重要裝置，影響著發(fā)電場運行安全性與效率，故而會把發(fā)電機作為風電場日常生產管理中的重要內容之一。相關部門要積極做好各類發(fā)電機的維護與管理工作，包括線路的檢查維修、測試檢驗發(fā)電機的運行狀態(tài)等，及時發(fā)現(xiàn)與處理故障問題。近些年中，我國各地發(fā)電場電力生產負荷不斷增加，也使發(fā)電機運行期間更容易出現(xiàn)各種故障異常，此時更應加強運行維護管理力度，完善相應辦法，以最大限度地提升發(fā)電機的運行效率，創(chuàng)造良好效益。

1 風力發(fā)電機的介紹

風力發(fā)電機是把風能轉換成機械能，機械能轉換成電能的一種電力裝置，通常由風輪、發(fā)電機、調向器、塔架以及儲能裝置等構件組成。風力發(fā)電的原理可以做出如下闡述［1］：風力驅動風車葉片轉動過程，運用增速機去增加旋轉速度，進而使發(fā)電機發(fā)電。結合當前我國的風力發(fā)電機技術能力，大概是3m／s的微風速度就能開始進行并網發(fā)電。

2 風力發(fā)電機的常見故障

2.1 發(fā)電機軸承故障

（1）電腐蝕失效

在變頻器供電的雙饋發(fā)電機內，電流流過軸承（見下圖）的情況較常見，業(yè)內將以上現(xiàn)象叫做電腐蝕。軸承電腐蝕一般發(fā)生在電流經過滾動體由一個滾道流至另一個滾道的過程中。放電能量及持續(xù)時間影響著電腐蝕對軸承的破壞程度。通常情況下，電腐蝕下的軸承表層暗淡，出現(xiàn)很多融溶的小坑，直徑約5～8μm［2］。

圖 風力發(fā)電機軸承圖

（2）磨損失效

理論上講，軸承內部很少出現(xiàn)磨損問題，但是當有外界顆粒污染進到軸承或潤滑不夠時，則很容易發(fā)生磨損問題。停機狀態(tài)下，軸承自身震動也可能導致磨損情況。

（3）潤滑失效

潤滑是影響滾動軸承運行穩(wěn)定性及使用壽命的主要因素之一。潤滑劑的主要作用有形成保護性油膜、分隔滾動接觸表面、防止金屬之間的直接接觸等。風力發(fā)電機的安裝場所很多，長期經受著不同氣候環(huán)境的作用，也要適應環(huán)境變化。發(fā)電機內的潤滑油也要適應這些改變，在特定的工作環(huán)境（比如溫度）下很難準確預測其參數(shù)，可能因潤滑劑選型不當而造成潤滑效果差。軸承潤滑量不夠時容易造成金屬表層疲勞與磨損，縮短軸承壽命。

2.2 變流器故障

變流器是風力發(fā)電機的重要組件之一，其作用主要是在葉輪轉速持續(xù)改變下調控輸出端的電壓水平，具體控制原理即是維持變流器內電壓水平及頻率和電網電壓水平及頻率的一致性。通常而言，電流電壓是造成變流器運行過程中發(fā)生故障問題的主要因素，在電流、電壓過高的運行工況下，很容易使變流器設備發(fā)生過熱現(xiàn)象，而電流電壓過低則會導致欠電壓現(xiàn)象，當發(fā)生以上異常狀況時，便會造成變流器的開關超出設備正常運用可承受的電壓電流極限范圍，進而導致變流器出現(xiàn)運行故障，嚴重時發(fā)生被擊穿損壞的情況。當前，國內發(fā)電場配備的變流器設備運行期間主要采用兩種散熱方式，其一是風冷，其二是水冷，主要的散熱作用對象是變流器柜體，這主要是由于柜體溫度過高時，便會干擾內部熱敏感元件及線路運行的穩(wěn)定性，造成變流器運行異常。變流器主要是運用斷路器發(fā)揮阻斷電流的作用，發(fā)揮短路保護功能，所以若變流器運行異常時，將不利于正常發(fā)揮斷路保護功能［3］。

2.3 發(fā)電機故障

發(fā)電機的作用主要是實現(xiàn)自然能、機械能、電能之間的能量轉換，最后通過電網把電能傳輸?shù)接秒娍蛻魬?。異常振動、過熱、線圈短路或斷路等是發(fā)電機運行期間的常見故障類型。其中發(fā)電機振動是評估電路運行質量的一項常用指標，如果發(fā)電機出現(xiàn)過于強烈的振動現(xiàn)象將會破壞機組的穩(wěn)定運行狀態(tài)，增加電機大軸斷裂的風險，不利于發(fā)電場安全生產，影響經濟效益。引起發(fā)電機異常振動故障的因素較多，包括機組設計理念不符合發(fā)電場技術要求、發(fā)電機部分零件質量或精度不達標，發(fā)電機工作負荷過大等。

3 風力發(fā)電機運行維護建議及措施

3.1 定期維護

（1）軸承與潤滑系統(tǒng)的維護

針對風力發(fā)電機的潤滑方式主要有兩種類型，即稀油、干油潤滑，前種潤滑方法處理對象主要是偏航減速齒輪箱與發(fā)電機的齒輪箱，實踐中主要是通過更換過期潤滑油的形式開展維護工作。而干潤滑油多用在軸承偏航齒輪的維護領域內，這主要是因為這種構件長期運行后，由于升溫作用會導致部分潤滑油變質，故而要定期補充新的潤滑油，綜合多方面因素精準調控實際補充量，將電氣設備燒損等異常事件發(fā)生率降到最低。要密切關注潤滑脂的補充工作推進過程，傳動端、非傳動端的間隔時間設置成2000h，傳動端、非傳動端的補充量依次以100g、120g左右為宜。對軸承與潤滑系統(tǒng)進行維護時，工作人員要認真執(zhí)行好如下幾點工作內容：一是嚴格評估所用潤滑脂類型的適宜性，加強質量檢查；二是仔細清潔油嘴及周邊區(qū)域；三是全面檢查潤滑通道，確保其高通暢性；四是把規(guī)定用量的潤滑油輸注至軸承中［4］。

（2）整機維護

運用定期維修的方式能較及時探查到發(fā)電機變流器的運行故障，結合故障現(xiàn)象、成因等運用有效的措施處理，散熱不均是導致變流器異常運行的主要因素，故而定期維修時要格外關注局部過熱狀況，對冷卻風扇等裝置采用清灰、除塵等操作，使發(fā)電機組的干凈度得到一定改善，有助于降低運行故障的發(fā)生率。針對所有緊固件，例如墊圈、螺栓等，嚴格按照技術規(guī)范檢查其實際連接狀況；檢查檢測各個引接電纜的絕緣性能，測定絕緣電阻數(shù)值，將其和設計值進行對比，判斷其是否滿足發(fā)電場實際運行需求［5］。關于油水分離器的排污處理，建議將一個專用容器增設在分離器下方，開啟杯底部的閥門／旋塞以排出水與污物，有水分離器濾芯的更換程序為：首先，打開燃油箱上的閥門，將一個容器安置在油水分離之下。其次，擰開螺栓并拿下蓋子，更換新的濾芯并組裝回蓋子，啟用燃油閥門，排解掉燃油系統(tǒng)內滯留的空氣，將廢濾芯放到一個適宜的處理點上。最后，啟動發(fā)電機，檢查是否存在泄漏狀況。

3.2 日常維護

風力發(fā)電機運行過程中，出現(xiàn)故障問題在所難免，維修技術人員對于運行故障一定要做到親臨現(xiàn)場進行研究處置。在這樣的狀況下，可以執(zhí)行如下常規(guī)操作內容。

（1）看

認真觀察發(fā)電機各部件連接是否可靠、穩(wěn)固連接，局部螺栓是否發(fā)生松動；發(fā)電機的控制柜中電線電纜是否出現(xiàn)疏松、是否發(fā)生夾板移位等狀況；檢查并判斷扭纜傳感器拉環(huán)的完好狀態(tài)；掌握整個偏航齒的潤滑狀況；觀察偏航齒輪箱、齒輪箱油位并判斷液壓油是否出現(xiàn)變質、干枯等問題；液壓站的表計壓力是否反常，旋轉組件與轉動部件之間是否發(fā)生嚴重磨損或失效狀況，油管接頭是否存在漏油現(xiàn)象，液壓油的濾清器指示是否有異常等。

（2）聽

聆聽控制柜內是否存在放電聲音，若存在可以初步判斷局部接線端子接觸不良，應加大檢查檢測力度；聆聽偏航過程中是否形成干磨聲音；聽齒輪箱、發(fā)電機軸承運轉過程中是否出現(xiàn)異常響聲等。當風輪轉動發(fā)出異常聲響時，故障成因可能是葉片局部開裂、機艙罩疏松或者松動以后和轉動件相互碰撞，增速器、發(fā)電機等組件發(fā)生松動或局部破損等。處理方法包括：檢查是否存在葉片開裂問題，及時更換受損葉片；緊固機艙罩的螺栓；再次調整風輪軸與增速器兩者的同軸度，并擰緊螺栓；若發(fā)現(xiàn)軸承損壞時，要更換新的軸承，且要重新安裝軸承底座；在軸承以及油封更換好以后，要重新安設增速器。

（3）動手操作

檢查維修工作結束后，要認真清理工作現(xiàn)場，清除掉液壓站各元器件及管接頭位置的油脂等雜物，以防對后期觀察泄漏現(xiàn)象等工作形成干擾。

3.3 建立健全檢修管理制度

首先，完善發(fā)電機檢測維修流程，確保發(fā)電機檢測及維修工作均能有序推進。在發(fā)電機的管理實踐中，常規(guī)順序是先檢測發(fā)電機的各個元器件與線路運行狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)局部存在異常情況時，則要檢驗檢測線路的實際承受能力，若能判斷出線路或元器件不符合繼續(xù)使用的需求時，則要盡早更換；如果經維修處理后通過了質量檢測檢驗，則可以再次投用。檢測順序通常是局部故障檢測在前，整個線路網絡的檢測及維修在后［6］。

其次，編制完善的設備維修計劃，例如定時檢查測量螺旋力矩之間的距離，實現(xiàn)對發(fā)電機內各個零部件的有效、可靠連接。對齒輪和齒輪之間的切合轉動，要運用潤滑油進行相應的維護工作。發(fā)電機作為風電機組的核心部件，其把旋轉的機械能轉變成電能，為電氣系統(tǒng)運行供電，對其可以采用的運行維護措施較多，比如清理清洗、檢查螺栓連接狀態(tài)、降低工作負荷及更換部分元器件等。

最后，不斷完善設備的定期維護制度。風力發(fā)電機運行維護期間，認真做好定期檢修工作具有很大現(xiàn)實意義，發(fā)電機的聯(lián)接件是主要的檢查對象，特別是要檢查螺栓力矩，以確保發(fā)電機傳動部件之間的潤滑性能及各項測試功能符合有關要求。發(fā)電機運行期間會出現(xiàn)較大的震動，故而螺栓易發(fā)生松動，故而一定要定期檢查螺栓緊固狀況，緊固檢查要盡量避開發(fā)電機的高出力季節(jié)，建議在夏季進行。要科學確定定期檢修維護的周期與執(zhí)行方案，在檢修方案內，要全面呈現(xiàn)出檢修周期、項目及結果等信息，持續(xù)提升發(fā)電機的檢修工作質量。

3.4 加強遠程操控，提升故障排除效率

風力發(fā)電機通常遠離市中心，可以運用遠程操控的形式控制機組的日常工作過程。為確保發(fā)電機能正常運作，在設計前期就要布置好雙向保護功能，主要是將多重可智能復位的故障處理措施添加到發(fā)電機組內。因為風能大小具有不可控的特點，故而一定要合理設置發(fā)電機的極限值，若超出極限范圍就要快速進行復位操作，規(guī)避發(fā)生機組超負荷運轉的情況。也要對溫度進行復位設置，機組長時間運作溫度會明顯提高，在抵達上限后就進行關停處理，以防燒損機組內電氣設備。除了以上自動復位故障之外，也要科學設置誤報、各類傳感器的誤動作等故障設置有關的處理方法，以上均需要通過遠程操控去執(zhí)行，能明顯減少故障處理時間，提升運行維護工作效率。

4 結束語

風力發(fā)電機的運行維護是風力發(fā)電企業(yè)的重要管理任務，采用適宜的方法降低發(fā)電機組的故障發(fā)生率，才能減少風電資源的損耗量，進而更有效地控制發(fā)電運維成本，幫助發(fā)電企業(yè)創(chuàng)造更理想的效益。為達成以上目標，相關部門及人員要明確發(fā)電機運行維護管理重點，不斷總結常見故障的成因，日常加強維護力度等，力爭將故障問題扼殺在萌芽中，為我國風電事業(yè)壯大發(fā)展做出一定貢獻。