國華（江蘇）風(fēng)電有限公司 周曉東

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)來說，安全穩(wěn)定的電氣控制系統(tǒng)是確保其長期穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。在具體的運(yùn)行過程中，整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)質(zhì)量較好，但由于執(zhí)行過程中常會(huì)出現(xiàn)問題且維修非常困難，會(huì)影響控制系統(tǒng)作用的發(fā)揮，導(dǎo)致產(chǎn)生不必要的損失。所以務(wù)必需保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性，若發(fā)現(xiàn)問題需采取有效措施及時(shí)處理和解決，保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正常工作。

1 風(fēng)電機(jī)組電氣與控制系統(tǒng)檢修總框架

風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)就像人類的神經(jīng)與大腦，要充分了解和科學(xué)控制系統(tǒng)中的全部設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的效果。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣與控制系統(tǒng)是由專用模塊構(gòu)成，模塊具有通信的作用，通常包括安全鏈、PLC通訊、數(shù)字輸入DI/輸出DO等。其傳輸原理主要是在固定的通信協(xié)議下，根據(jù)主機(jī)的命令及設(shè)備的狀況來進(jìn)行傳輸，電氣設(shè)備也可按照規(guī)定的狀態(tài)來進(jìn)行運(yùn)行。

在風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)中，起到維護(hù)機(jī)組安全運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵回路是安全鏈回路，這個(gè)回路是將可能對(duì)風(fēng)力機(jī)組造成嚴(yán)重?fù)p害的故障節(jié)點(diǎn)串聯(lián)，若某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)斷開現(xiàn)象，相應(yīng)的安全鏈就會(huì)傳輸緊急停機(jī)的指令，這時(shí)風(fēng)電機(jī)組立即停機(jī)，從而避免事故發(fā)生[1]。在風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)故障情況下，現(xiàn)階段使用的當(dāng)場檢驗(yàn)方式通常情況下都沒辦法在根本上處理問題，尤其是對(duì)新員工來說，缺乏檢查系統(tǒng)設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)械設(shè)備的了解也不夠充分，對(duì)設(shè)備整體缺乏全面而綜合的認(rèn)識(shí)。通常在故障列表中可較直觀的發(fā)現(xiàn)故障次序，且數(shù)量大約5～10條。這對(duì)新員工在一定程度上增加了判斷主故障的難度，所以應(yīng)在實(shí)際運(yùn)作過程中對(duì)檢修技術(shù)進(jìn)行全面認(rèn)識(shí)和掌握，不斷總結(jié)檢修思路，填充自己的檢修經(jīng)驗(yàn)。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣與控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，檢修人員需將相應(yīng)的巡檢、定期維護(hù)工作落實(shí)到位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組缺陷和隱患并進(jìn)行整治。實(shí)際運(yùn)行過程中需利用主動(dòng)或被動(dòng)的方法科學(xué)合理控制機(jī)組運(yùn)行，保障風(fēng)機(jī)各系統(tǒng)參數(shù)在合理區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。

在控制和維護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組過程中，需堅(jiān)持“無效—維修”的原則，如果是外在與內(nèi)在要素阻礙了機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)，就表示系統(tǒng)管制無效，就要充分調(diào)動(dòng)體系中的安全維護(hù)措施，保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性。若風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過程中電機(jī)過載造成脫網(wǎng)等故障，需及時(shí)采取措施維護(hù)，其中涉及到了多層級(jí)的安全鏈，在管制的過程中需遵循有關(guān)的邏輯順序。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)有運(yùn)行、暫停、停機(jī)和緊急停機(jī)，這些運(yùn)行狀態(tài)各不相同且都有自己的特點(diǎn)。其不同的就是運(yùn)行狀態(tài)屬于行動(dòng)類型，是最高的運(yùn)行狀態(tài)（圖1），在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行形態(tài)時(shí)，需嚴(yán)格按照步驟進(jìn)行操作，逐層進(jìn)行完善和改變，防止發(fā)生越級(jí)的情況，這不但與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制息息相關(guān)，同時(shí)也與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)作有著密切的聯(lián)系。如想拔高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)作形態(tài)，需逐級(jí)向上實(shí)施，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在的問題進(jìn)行全面而系統(tǒng)的檢查，若發(fā)生異?，F(xiàn)象應(yīng)停機(jī)或緊急停機(jī)[2]。

圖1 運(yùn)行形態(tài)轉(zhuǎn)化圖

3 風(fēng)電機(jī)組電氣與控制系統(tǒng)快速檢修思路分析

3.1 系統(tǒng)檢查PLC主機(jī)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電氣控制核心就是PLC主機(jī)，在對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)檢查時(shí)，首先需對(duì)其完整性進(jìn)行驗(yàn)證：先檢查PLC的操作界面，根據(jù)已有版本信息來確定PLC系統(tǒng)工作狀態(tài)，如符合正常狀況且沒有出現(xiàn)死機(jī)的狀況，就可進(jìn)行驗(yàn)證；還需對(duì)PLC主機(jī)的超熱狀況進(jìn)行全面勘察，如PLC運(yùn)行的溫度與正常溫度比較來說更高，則表明其存在故障，反之則沒有出現(xiàn)故障。近年來，隨著自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展，如果風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)值超出規(guī)定角度電氣控制系統(tǒng)自動(dòng)解綁是最為理想的狀態(tài)。

3.2 檢查通訊模塊

在完成相應(yīng)的檢查工作后，還需對(duì)PLC系統(tǒng)的通訊功能進(jìn)行進(jìn)一步的確定。如是由于PLC通訊功能出現(xiàn)問題，就無法獲取整個(gè)設(shè)備的狀態(tài)情況，不利于檢修工作的開展。因此需對(duì)其進(jìn)行全面檢查，這時(shí)相關(guān)人員無法真正確定整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，很容易導(dǎo)致后續(xù)維修工作出現(xiàn)問題。因此：在進(jìn)行檢查前需對(duì)整個(gè)通訊系統(tǒng)的電源進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)其電源模塊是否還能夠正常工作；在檢查完后需對(duì)通訊模塊的線路及一些部位的接頭狀況進(jìn)行檢查，確保整個(gè)電路的線路接頭及接線都是正常的；在完成對(duì)通訊光纖的檢查后需對(duì)信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行確認(rèn)。在完成上述的檢修工作后需對(duì)安全鏈實(shí)施相應(yīng)的檢查和檢修工作。

3.3 檢驗(yàn)安全鏈

在對(duì)安全鏈回路進(jìn)行檢查過程中，需根據(jù)風(fēng)電機(jī)組實(shí)際狀況來進(jìn)行確認(rèn)。如在實(shí)際檢修過程中發(fā)現(xiàn)安全鏈的回路并沒有閉合，那么后續(xù)的機(jī)組就無法正常工作：在檢查開始前，需判斷安全鏈系統(tǒng)的工作狀況是否正常，如其內(nèi)部存在較嚴(yán)重的損耗，就需立即對(duì)安全鏈回路硬件進(jìn)行檢查更換，如發(fā)現(xiàn)安全鏈的軟件丟失，需重新下載或是重新安裝新的程序軟件；在將所有故障排除后，再根據(jù)電路的運(yùn)行狀況來檢測各個(gè)連接點(diǎn)的性能，是否能正常運(yùn)轉(zhuǎn)；在對(duì)故障原因進(jìn)行檢查時(shí)，需根據(jù)信號(hào)傳輸過程中遇到的干擾或其他問題進(jìn)行分析，而不是真正發(fā)生了危險(xiǎn)事故。但并不排除有的是因設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)形態(tài)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致的安全預(yù)警。此外，所有安全鏈回路通路且狀態(tài)顯示正常后，主控系統(tǒng)正常運(yùn)行后就可對(duì)各項(xiàng)子體系進(jìn)行檢驗(yàn)，從而繼續(xù)故障排查工作。

3.4 各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備檢驗(yàn)

3.4.1 風(fēng)電機(jī)組子系統(tǒng)的檢查

液壓系統(tǒng)。當(dāng)液壓系統(tǒng)油位及齒輪箱油位偏低時(shí)，需檢查液壓系統(tǒng)及齒輪箱有無泄漏現(xiàn)象發(fā)生。如發(fā)現(xiàn)有漏油情況，需根據(jù)實(shí)際情況補(bǔ)加油液恢復(fù)到正常油位，在必要時(shí)應(yīng)檢查油位傳感器的工作是否正常。在液壓控制系統(tǒng)壓力異常而自動(dòng)停機(jī)時(shí)，應(yīng)檢查油泵工作是否正常，如油壓異常則應(yīng)檢查油泵電機(jī)、液壓管路、油壓缸及有關(guān)閥體和壓力開關(guān)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)一步檢查液壓泵本體工作是否正常。

偏航系統(tǒng)。需定期檢查偏航齒圈傳動(dòng)齒輪的嚙合間隙及齒面的潤滑情況來判斷減速器內(nèi)部有無損壞，同時(shí)還需檢查偏航減速器潤滑油油色及油位是否正常。如因偏航系統(tǒng)故障而造成停機(jī)時(shí)，需檢查偏航系統(tǒng)電氣回路、偏航電機(jī)、偏航減速器以及偏航計(jì)數(shù)器和扭纜傳感器的工作是否正常。如因扭纜傳感器故障致使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不能自動(dòng)解纜的也應(yīng)予以檢查處理，直到所有的故障排除后再恢復(fù)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)組。

3.4.2 控制回路的檢查

測量功能回路。系統(tǒng)可把壓力、溫度、風(fēng)向、風(fēng)力等多種類型傳感器的信號(hào)根據(jù)特定的范圍內(nèi)電壓信號(hào)來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對(duì)于PLC卡件的測定及實(shí)際的設(shè)備運(yùn)行的判斷都能提供方便。一般傳感器的電壓較低、但也并非絕對(duì)，某些電壓互感器的電壓值為230V、有觸電的風(fēng)險(xiǎn)，在這些傳感器中，有些是電壓信號(hào)，有些則是電流信號(hào)、會(huì)被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。在進(jìn)行檢修過程中，需對(duì)電流傳感器回路中的分壓電阻進(jìn)行全面檢查，確保分壓電阻安裝的精確性[3]。

控制功能回路?？刂乒δ苤饕峭ㄟ^PLC來發(fā)出控制信號(hào)，再通過弱電及接觸器的吸合與斷開來判斷，這個(gè)過程中對(duì)于控制電源的接通與斷開來說，能實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的自動(dòng)化控制控制功能。比較普遍的接觸器故障種類有電磁線圈失效、觸頭粘連等，出現(xiàn)這些問題會(huì)使得電氣設(shè)備失控，或是設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)超出正常區(qū)間，在被測量信號(hào)檢測出異常的情況下才會(huì)發(fā)出故障報(bào)警。

反饋功能回路。主要是對(duì)過電流進(jìn)行保護(hù)或是保護(hù)接觸開關(guān)，并對(duì)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行全面的監(jiān)測與管理，判斷設(shè)備運(yùn)行是否存在接地或者過流的現(xiàn)象，通常情況下PLC數(shù)字輸入信號(hào)都會(huì)常開或者常閉，這種情況下就可使用監(jiān)控設(shè)備來對(duì)其進(jìn)行判斷。DI模塊中使用的是10V與24V的直流電壓、不是380V的動(dòng)力電壓，若出現(xiàn)空開跳開的情況，連接著輔助開關(guān)也會(huì)斷開，接著PLC的DI模塊也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)反應(yīng)，PLC模塊捕捉到這些異常的信息就會(huì)馬上發(fā)出故障報(bào)警。

如，風(fēng)電機(jī)組電氣與控制系統(tǒng)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)故障，PLC安全鏈反饋急停，在PLC未檢測變流器自身故障的情況下，安全鏈狀態(tài)反饋觸點(diǎn)斷開且持續(xù)時(shí)間4ms以上作為故障觸發(fā)的條件。若在復(fù)位過程中安全繼電器的4個(gè)指示燈始終不亮，需對(duì)主控、變流急停按鈕進(jìn)行檢查，確定是否為旋起狀態(tài)，然后按照電氣原理圖對(duì)安全鏈回路進(jìn)行檢查，確保其供電正常，最后檢查是否是由主控柜安全繼電器本身是否損壞而導(dǎo)致觸點(diǎn)無法正常動(dòng)作。風(fēng)電機(jī)組在發(fā)生故障時(shí)，需對(duì)故障進(jìn)行全面檢查，如檢修方式不完善就會(huì)在很大程度上增加檢修工作量，與此同時(shí)，在檢修的過程中需更換許多內(nèi)部部件，這樣進(jìn)行一次檢修工作會(huì)消耗大量時(shí)間，甚至?xí)?dǎo)致故障擴(kuò)大，因此正常情況下需根據(jù)實(shí)際狀況來確定檢修方式。如，風(fēng)電機(jī)組的所有螺栓沒有生銹的情況，如這些螺栓出現(xiàn)松動(dòng)會(huì)引發(fā)故障，而出現(xiàn)這些故障需及時(shí)采取有效措施進(jìn)行檢修并找出故障的原因。

常見的故障、故障產(chǎn)生機(jī)理及解決措施如下：

控制柜溫度過高。當(dāng)機(jī)艙三個(gè)控制柜中任何一個(gè)溫度超過65℃時(shí)，產(chǎn)生故障代碼：檢查機(jī)艙控制柜溫度是否有大于65℃的；機(jī)艙控制柜測溫PT及接線是否正常；檢查水冷系統(tǒng)是否正常；檢查機(jī)艙控制柜內(nèi)加熱器是否一直工作，若是，檢查溫控開關(guān)及調(diào)節(jié)值是否正常（機(jī)艙控制柜內(nèi)溫控開關(guān)設(shè)定值在5～10℃為宜，太低對(duì)電氣元件工作不利，送電瞬間易燒壞電源等）；檢查柜內(nèi)風(fēng)扇工作是否正常；檢查柜內(nèi)溫控開關(guān)設(shè)定值及工作是否正常。

剎車泵斷路器工作狀態(tài)無反饋。當(dāng)剎車泵斷路器斷開或IO口保護(hù)熔斷器熔斷時(shí)，數(shù)字輸入模塊檢測口無反饋，故障代碼產(chǎn)生：檢查制動(dòng)泵電機(jī)空開是否跳閘，如跳閘、檢查空開下端是否存在接地點(diǎn)（如接觸器損壞、線路接地、短路、制動(dòng)泵電機(jī)損壞等）；檢查制動(dòng)泵電機(jī)保護(hù)空開反饋是否正常，線路是否松動(dòng)。

齒輪箱軸承溫度過高。當(dāng)齒輪箱軸承溫度高于95℃時(shí)故障代碼產(chǎn)生：檢查油冷風(fēng)扇電機(jī)是否接在高速側(cè)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)向是否正確（正常是往外抽風(fēng)）；檢查油溫PT100接線是否松動(dòng)，測出的溫度與實(shí)際溫度是否相符；測量油溫PT100阻值，0度時(shí)電阻為100歐左右，溫度每上升1度電阻值上升0.39歐；如果PT100損壞，改接到備用PT100，如果備用PT也損壞更換PT；檢查油冷部分，包括油冷風(fēng)扇/管路/散熱片，可通過手動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇的方法判斷其是否運(yùn)行，手摸油管判斷油是否流經(jīng)散熱片，如果油沒有流經(jīng)大循環(huán)，散熱片接入油管溫度會(huì)不高，可能是油冷泵的溫控閥損壞，需更換油冷泵；如果油壓很低，檢查油過濾器濾芯是否有問題。

齒輪箱油冷泵高速模式斷路器工作狀態(tài)無反饋。當(dāng)齒輪箱油冷泵高速模式斷路器斷開或IO口保護(hù)熔斷器熔斷時(shí)，數(shù)字輸入模塊檢測口無反饋，故障代碼產(chǎn)生：檢查高速泵電機(jī)空開是否跳閘；如果空開跳閘，檢查空開下端是否存在接地點(diǎn)，檢查油泵電機(jī)是否損壞、運(yùn)行時(shí)是否有異常噪音；檢查空開調(diào)節(jié)值是否正確；如空開未跳開檢查空開輔助觸點(diǎn)反饋是否正常。

總之，基礎(chǔ)故障診斷技術(shù)與其他技術(shù)的融合發(fā)展也是不斷在推動(dòng)風(fēng)電機(jī)組的完善，提高故障診斷精確性是非常有必要的，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)性控制來說，在實(shí)際檢修過程中須具備較為成熟的檢修技術(shù)，需按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及操作要求檢修風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣與控制系統(tǒng)，優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果，最大限度的減小機(jī)組出現(xiàn)故障的概率，保障機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。