吳永強

【摘 要】風電機組檢修是發(fā)電設備管理中必不可少的一環(huán)，筆者結(jié)合現(xiàn)場工作經(jīng)驗，闡述了對機組控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)故障檢查工作的思路，并進行了歸納和總結(jié)，為風電場檢修新員工快速理解風電機組功能原理，掌握設備檢修方法提供了參考。

【關鍵詞】風電機組；設備檢修；電氣檢修；控制系統(tǒng)；故障診斷；風力發(fā)電；清潔能源

0 引言

在風電場組建檢修隊伍開始，往往不乏剛從學校走向崗位的畢業(yè)生，沒有見過風電設備，同時更不具備對設備的檢修經(jīng)驗。如何在短期內(nèi)完成對新員工的安全和檢修技能培訓，使其短時間內(nèi)具備分析故障、處理故障的能力，是擺在檢修部門面前的一道難題。由于新機組運行較穩(wěn)定，故障率較低，除了在實習期內(nèi)由師傅帶徒弟上機維護外，基本沒有更好的辦法讓新員工快速積累檢修經(jīng)驗。

因此，為解決這個問題，檢修部門往往編制出自己的檢修作業(yè)指導書或故障處理手冊，檢修班長也需要將自己的檢修經(jīng)驗的精華總結(jié)出來，從理論上向新員工進行灌輸。但是只有文字、圖片還是不夠的，為提高新員工的實際操作水平，筆者認為在保證安全的情況下，設置一些故障讓新員工進行實際操作，是十分有必要的，并且，應將設備檢修過程條理化。本文主要從控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)闡述給新員工進行故障分析和實際操作培訓的一些思路，使其建立對設備功能的系統(tǒng)認識和檢修操作能力。

1 風電機組電氣和控制系統(tǒng)檢修的總體框架

控制系統(tǒng)是風電機組的大腦和神經(jīng)，感知和控制風電機組所有系統(tǒng)的設備，并使其正常運行。

風電機組控制系統(tǒng)主要由PLC主機，PLC通訊模塊，安全鏈模塊、數(shù)字輸入DI、數(shù)字輸出DO模塊和模擬輸入模塊AI等專用模塊組成。通信模塊通過某種通訊協(xié)議將PLC主機的指令和設備狀態(tài)信息進行傳輸，使相應的電氣設備工作在要求的狀態(tài)下。

風電機組安全鏈回路是保障機組安全運行的重要回路，由多個節(jié)點采取串聯(lián)回路連接而成，只要回路中有一個節(jié)點斷開，安全鏈便發(fā)出指令讓風電機組馬上緊急停機，避免發(fā)生安全事故，從邏輯上看，安全鏈的各個環(huán)節(jié)是邏輯與的關系，只有安全鏈各個邏輯量是1，機組才允許正常運行。安全鏈回路監(jiān)控的項目有：超速，振動，變槳，偏航扭纜，緊急停機按鈕，PLC主機等。

在風電機組報故障后，現(xiàn)場檢查的方法往往是頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳，沒有對設備進行系統(tǒng)的檢查。對于新員工來說，對設備的認知也經(jīng)常是局部的，沒有連貫性和系統(tǒng)性的認識。同時，故障報警列表中，往往不能直觀看出故障的先后順序，且故障總數(shù)有時可能達到5～10條，如此情況對于新員工來說，無疑加大了學習和實踐的難度。為使其系統(tǒng)化的理解和扎實的掌握檢修技能，根據(jù)現(xiàn)場的檢修經(jīng)驗，總結(jié)出如下的檢修思路。

2 風電機組電氣和控制系統(tǒng)檢修的具體步驟

2.1 PLC檢查

由于PLC是控制的核心，所以要首先檢查PLC的工作是否正常。通過檢查操作界面，確認PLC的軟件版本、工作狀態(tài)是否正確，不存在死機的現(xiàn)象。之后，外部檢查PLC的狀態(tài)顯示是否正常，同時感知PLC外殼，確定設備工作沒有過熱現(xiàn)象。

2.2 通訊檢查

PLC工作正常后第二步檢查通訊功能，如果控制系統(tǒng)通訊存在問題，則風電機組所有的設備狀態(tài)包括安全鏈的信號都無法檢測到。通訊模塊檢查項目主要包括：通訊模塊的電源供電模塊是否正常工作，通訊模塊的接頭和接線是否正確，設置的通訊波特率是否合適，通訊地址是否正確，通訊光纖的信號強度是否充足，接線是否正確。

2.3 安全鏈檢查

在通訊功能正常后，第三步檢查安全鏈回路。根據(jù)風電機組的控制邏輯，如果安全鏈回路不閉合，機組的主要設備都是不能開始工作的。安全連回路檢查流程中，首先要確認安全鏈模塊的工作狀態(tài)正常，安全鏈的軟件工作正常，如果安全鏈模塊已經(jīng)發(fā)生損壞，則在更換新模塊之前，后面一切檢查都是徒勞的。如果安全鏈軟件有問題，則需要重新下載或灌裝安全鏈程序。

排除軟硬件故障后，在根據(jù)電路圖紙接線原理，根據(jù)回路檢查各安全節(jié)點的功能是否正常，檢查過程中要分清故障原因。有的情況是安全鏈信號傳輸過程中存在干擾或故障，而非發(fā)生了不安全事件。而有的故障原因是設備運行狀態(tài)確實達到了觸發(fā)安全報警的極限。如發(fā)生了嚴重的扭纜狀態(tài)，機艙振動超限等。當所有安全連回路閉合，且狀態(tài)正常后，主設備開始工作，之后就可以進行各分系統(tǒng)的檢查和故障排除。

2.4 各分系統(tǒng)設備檢查

風電機組各分系統(tǒng)設備包括變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。在檢查這些系統(tǒng)設備時，要嚴格按照電路圖所指示的回路進行檢查。而檢查電氣回路的類別主要分為控制回路和動力回路。

控制回路主要有測量、控制和反饋三種功能。測量功能主要是將各類型傳感器如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、位置、加速度、風速、風向、電壓、電流等信號轉(zhuǎn)換成特定范圍的電壓信號以供PLC卡件測量來判斷設備的工作狀態(tài)。傳感器的電壓一般較低，但是也有例外情況，如有些電壓互感器的電壓值就在230V，如不小心，會有觸電的危險。這些測量信號有的是電壓信號，有的是電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。因此，檢查和更換傳感器時，要注意電流傳感器回路中的分壓電阻的好壞，更換新的傳感器后也要注意安裝正確的分壓電阻。

控制功能主要是由PLC卡件發(fā)出24V控制信號，用弱電控制接觸器吸合和斷開以實現(xiàn)接通或斷開動力電源的目的，達到自動啟停電氣設備的作用。接觸器常見的損壞形式有，觸頭粘連，電磁線圈失效等，其結(jié)果均造成不能有效控制電氣設備，直至設備狀態(tài)參數(shù)超出正常的范圍而被測量信號檢測出來，報出故障。

反饋功能回路是對于一些帶有輔助觸點、漏電保護或過流保護的開關和接觸器，用來監(jiān)視、檢測這些設備的狀態(tài)，從而判定是否有過流、漏電等故障，這些信號一般是與PLC數(shù)字輸入的DI卡件形成的回路，通過常開、常閉邏輯判定被監(jiān)控設備的工作狀態(tài)。DI模塊及回路使用相同的0V和24V的直流電壓而不是動力電壓380V，如當空開跳開后，連帶的輔助開關也跳開了，PLC的DI模塊由閉合變成斷開，使PLC捕捉到這些信號，并報出故障。

動力回路主要有三相回路和單相回路，單相電壓主要有230V和380V兩種。不論是檢查接觸器還是接線端子檢查，在檢修過程中都要注意斷電和驗電的安全事項。同時在上電前要注意檢查設備的相間及對地絕緣狀況，以免上電出現(xiàn)短路，損壞設備。在電機維修后，還要驗明相序是否正確，避免電機反轉(zhuǎn)。

電氣設備故障的檢查應首先根據(jù)故障類型對照圖紙找到相應的電氣回路，觀察回路中有無明顯的故障現(xiàn)象，如跳閘、過熱、燒損或接線松脫等，以判定是否出現(xiàn)過流現(xiàn)象或電氣元件的機械零件失效，進行更換。如沒有明顯故障現(xiàn)象，通過控制界面查看是哪個反饋信號或測量信號不正常，檢查對應的設備工作狀態(tài)是否存在問題。如設備狀態(tài)正常且無損壞，檢查測量回路和反饋回路是否正常。如無問題，檢查控制回路及控制元件，之后是動力回路和電氣設備。按照上述檢測方法，不但使檢查思路變得較為清晰，同時也加深了新員工對控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的認識。

3 結(jié)束語

總之，隨著風電機組的不斷發(fā)展，機組的故障診斷技術也在不斷發(fā)展，各種診斷技術的相互融合，優(yōu)勢互補是保證故障診斷準確有效的方向，成熟良好的診斷技術應用在風電機組中，必將推動風電事業(yè)的進一步發(fā)展。

【參考文獻】

[1]葉杭冶.風力發(fā)電機組監(jiān)測與控制[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[2]姚興佳，宋俊.風力發(fā)電機組原理與應用[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[3]王仲生.智能故障診斷與容錯控制[M].西北工業(yè)大學出版社，2005.

[責任編輯：鄧麗麗]