張娟

摘 要：由于風(fēng)能生產(chǎn)技術(shù)的提高，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在發(fā)電中的使用越來(lái)越多。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，會(huì)出現(xiàn)不同的風(fēng)機(jī)部件故障，這些故障會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行和用戶的用電情況，造成供電中斷事故，并導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，技術(shù)人員對(duì)風(fēng)機(jī)的維護(hù)及故障處理尤為重要。而當(dāng)前的風(fēng)機(jī)維修技術(shù)總體來(lái)說(shuō)還存在一定不足，需要管理人員不斷地優(yōu)化和改進(jìn)技術(shù)應(yīng)用和相關(guān)理論知識(shí)，全面分析降低機(jī)組效率的原因，并采取有效的解決措施，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)風(fēng)機(jī)主控、變流器、齒輪箱、發(fā)電機(jī)設(shè)備故障的管理。因此，技術(shù)人員在日常維護(hù)中，必須注意SCADA告警情況，針對(duì)相關(guān)故障采取適當(dāng)維護(hù)方法。當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，全面提升風(fēng)電機(jī)組的檢修質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機(jī)組;檢修;故障;處理

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

風(fēng)電機(jī)組的日常維修和保養(yǎng)對(duì)保障供用電尤為重要，合理的檢查和維護(hù)工作是保證風(fēng)機(jī)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。通過(guò)科學(xué)的設(shè)備維護(hù)，技術(shù)人員能全面了解風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，明確各部件是否存在故障問(wèn)題，以有效制定機(jī)組的后續(xù)維護(hù)計(jì)劃，提前進(jìn)行檢修，防止造成人身安全事故或嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失。確保風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行，提升其運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。

1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行常見(jiàn)故障及相關(guān)診斷方法

1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障及診斷方法

發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電的基本部件，作用是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，為電力系統(tǒng)提供持續(xù)的電力。由于國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量增加，發(fā)電機(jī)尺寸增大，給設(shè)備的密封帶來(lái)困難。當(dāng)發(fā)電機(jī)在不同電磁下運(yùn)行時(shí)，非常容易出現(xiàn)故障問(wèn)題。常見(jiàn)故障有：發(fā)電機(jī)過(guò)振、過(guò)熱、繞組短路、母線斷裂以及絕緣損壞等。據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)電機(jī)故障中，軸承故障達(dá)到40%，定子故障為30%。所以根據(jù)其故障特性，技術(shù)人員通常用的診斷方法是分析轉(zhuǎn)子/定子信號(hào)、電壓狀態(tài)以及實(shí)際輸出功率，以此判定發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況。

1.2葉片故障及常規(guī)診斷方法

葉片是風(fēng)能生產(chǎn)的主要部件，由纖維復(fù)合材料制成。由于它長(zhǎng)期處于惡劣環(huán)境下工作，并暴露在潮濕條件下，極易造成裂紋和損壞。隨著風(fēng)電機(jī)組技術(shù)發(fā)展，其葉片長(zhǎng)度不斷增加甚至到達(dá)90米以上，所以體積和質(zhì)量也在不斷提高。如果發(fā)生故障，會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行造成損害。葉片的測(cè)試通常依賴于在各種壓力中的應(yīng)力變化分析其是否破損，同時(shí)，通過(guò)紅外圖像，利用在不同溫度下的紅外圖像分析故障位置，判斷相關(guān)問(wèn)題。由于表面產(chǎn)生裂紋、剝落等問(wèn)題，會(huì)直接影響輻射能消散，所以利用紅外檢測(cè)能準(zhǔn)確地分析零件表面的缺陷。同時(shí)技術(shù)人員也可在機(jī)翼上安裝防冰系統(tǒng)，以提高其在低溫下的運(yùn)行可靠性。

1.3主控系統(tǒng)相關(guān)故障及診斷

主控系統(tǒng)是設(shè)備運(yùn)行的大腦，也是主要部件。風(fēng)扇的運(yùn)行由主控制系統(tǒng)控制，主要控制系統(tǒng)是由PLC的模塊和與背板總線進(jìn)行連接。該設(shè)備常見(jiàn)故障分為模塊自身故障和外部故障。自身故障主要有數(shù)字或模擬信號(hào)異常、信號(hào)無(wú)響應(yīng)、指示燈不亮等，解決方法是及時(shí)更新程序或設(shè)備。外部故障常在后臺(tái)系統(tǒng)中作為警報(bào)調(diào)用，借助相關(guān)告警提示和代碼顯示，技術(shù)人員可快速找到設(shè)備故障點(diǎn)，達(dá)到排除故障的目的。所以在維護(hù)期間，不能忽視保護(hù)主控系統(tǒng)的相關(guān)報(bào)告，避免造成嚴(yán)重的風(fēng)電機(jī)組不安全事故發(fā)生。

1.4 齒輪箱常見(jiàn)故障及診斷方法

齒輪箱是雙饋機(jī)組傳動(dòng)的重要部分，連接著主軸和發(fā)電機(jī)。齒輪箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力大，所以運(yùn)行時(shí)容易發(fā)生破損，尤其是在嚴(yán)重負(fù)載下工作時(shí)。其常見(jiàn)故障可為齒輪故障和軸承故障。常見(jiàn)齒輪故障有：斷齒、齒面疲勞、卡齒等。軸承問(wèn)題包括：磨損、裂紋、表面剝落等。由于軸承是齒輪箱的重要連接部分，如運(yùn)行中出現(xiàn)故障，會(huì)對(duì)齒輪箱造成損壞。因此，進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)是比較有效的檢測(cè)方法，也是衡量齒輪、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的指標(biāo)。日常維護(hù)時(shí)，要重點(diǎn)檢查傳動(dòng)線、中心孔、冷卻器等是否損壞，檢查結(jié)構(gòu)的密封性，同時(shí)，定期打開齒輪箱進(jìn)行檢查，或使用內(nèi)窺鏡檢查油路流量變化，以及排氣管有無(wú)裂紋和彎曲的問(wèn)題。另外，技術(shù)人員要進(jìn)行傳感器和振動(dòng)測(cè)試，要重視齒輪箱、發(fā)動(dòng)機(jī)等部件的日常維護(hù)。

2 提升風(fēng)機(jī)設(shè)備維護(hù)與故障排除的相關(guān)措施

2.1 優(yōu)化服務(wù)方式選擇

技術(shù)人員根據(jù)風(fēng)機(jī)故障類型，將其分為早期、意外和損害故障。根據(jù)檢測(cè)方法的不同，將診斷分為日常、定期維護(hù)和故障維護(hù)。如在機(jī)組使用初期，故障率很高。這常是由于設(shè)計(jì)和制造缺陷引起的，或是由于人員操作不合理造成的。要解決該問(wèn)題，就要加強(qiáng)日常維護(hù)管控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在隱患，盡快及時(shí)進(jìn)行處理。當(dāng)機(jī)組通過(guò)240試驗(yàn)后，其運(yùn)行逐漸穩(wěn)定。維護(hù)人員嚴(yán)格遵守維護(hù)計(jì)劃，定期對(duì)風(fēng)機(jī)保養(yǎng)，特別對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)體母線、螺栓等結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行檢查。風(fēng)機(jī)運(yùn)行第二年，在日常維護(hù)中要根據(jù)故障頻率建立部件儲(chǔ)備，減少因設(shè)備部件缺失而造成的停機(jī)問(wèn)題。設(shè)備運(yùn)行第三年，已進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期。管理人員須根據(jù)實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)檢查，定點(diǎn)排除各種類型的故障，以消除潛在隱藏問(wèn)題。風(fēng)機(jī)運(yùn)行五年后，主要部件開始出現(xiàn)老化、異響、振動(dòng)等情況，需要對(duì)其進(jìn)行全面的性能檢查，以提高日常維護(hù)，準(zhǔn)確維護(hù)，防止小問(wèn)題升級(jí)為大事故。同時(shí)還要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)升級(jí)，以更先進(jìn)的技術(shù)，降低風(fēng)機(jī)故障頻率，提高使用效率。

2.2 實(shí)施有針對(duì)性的事故排除措施

不同的風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行期須使用不同的故障排除和檢查方法。如功率曲線不達(dá)標(biāo)，造成單機(jī)設(shè)備運(yùn)行不完整，這時(shí)候要從葉片、機(jī)械部件方面入手，進(jìn)行各種軟件測(cè)試。要嚴(yán)格按照管理的要求執(zhí)行，考慮風(fēng)電機(jī)組位置是否受到影響，以及高度因素等。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，除更換電機(jī)制造商外，還考慮整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)是否存在問(wèn)題，并分析后備電源充放電效率、軸承以及傳動(dòng)影響，判斷槳葉對(duì)電機(jī)故障產(chǎn)生的影響。雖然風(fēng)場(chǎng)區(qū)域特性存在差異，但可通過(guò)有效的糾正技術(shù)加以消除。風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行和故障排除，要不斷進(jìn)行研究和總結(jié)，以制定更完善的風(fēng)電場(chǎng)技術(shù)維護(hù)管理措施。同時(shí)還要制定健全風(fēng)電場(chǎng)管理制度，強(qiáng)化管理措施，推進(jìn)設(shè)施設(shè)備技術(shù)改造，確保風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，使風(fēng)能發(fā)展適應(yīng)日益增長(zhǎng)的能源需求。

2.3風(fēng)機(jī)設(shè)備維修基本策略

首先預(yù)防性維護(hù)，它發(fā)生在設(shè)備故障前，使設(shè)備達(dá)到規(guī)定的運(yùn)行狀態(tài)。此類措主要是添加潤(rùn)滑脂、雜質(zhì)清理、部件更換等。為防患于未然，要確保在故障發(fā)生前采取行動(dòng)。預(yù)防性維護(hù)適用于危險(xiǎn)故障，在完成任務(wù)后能有效減少設(shè)備經(jīng)濟(jì)損失。它被廣泛認(rèn)為是解決系統(tǒng)故障和低維護(hù)成本的良好方案。但增加預(yù)防性工作在一定程度上會(huì)降低生產(chǎn)效率，所以預(yù)防性維護(hù)要有明確的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。其次是事后維護(hù)，它是設(shè)備出現(xiàn)故障或安全隱患時(shí)，為恢復(fù)使用而進(jìn)行的維護(hù)工作。它能降低很多經(jīng)常性故障的設(shè)備成本，對(duì)此必須使用事后維護(hù)。另外是進(jìn)行定期維護(hù)，它是在了解設(shè)備故障間隔或運(yùn)行時(shí)間以及維護(hù)計(jì)劃基礎(chǔ)上，提前進(jìn)行設(shè)備檢修和維護(hù)，無(wú)論設(shè)備是否處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。技術(shù)人員要合理分析設(shè)備磨損時(shí)間，故障產(chǎn)生間的關(guān)系。以提前排除設(shè)備故障，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在大多數(shù)情況下，技術(shù)人員會(huì)制定維護(hù)策略保持設(shè)備良好的工作狀態(tài)。在實(shí)際工作中，許多設(shè)備故障的時(shí)間存在一定的曲線特性。在這種情況下，應(yīng)采用先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)設(shè)備功能進(jìn)行檢測(cè)和分析，綜合判定其運(yùn)行狀況。如設(shè)備在維修中有磨損特性，應(yīng)按照監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)報(bào)告。設(shè)備維護(hù)還應(yīng)基于系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)評(píng)估，這也是提升風(fēng)電系統(tǒng)維護(hù)質(zhì)量的主要趨勢(shì)。并且系統(tǒng)維護(hù)計(jì)劃和運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)檢修計(jì)劃進(jìn)行比較總結(jié)，以分析設(shè)備維護(hù)工作存在的問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際維護(hù)質(zhì)量制定合理的維護(hù)措施[1]。

3加強(qiáng)對(duì)風(fēng)機(jī)組部件及相關(guān)實(shí)驗(yàn)的分析

3.1 加強(qiáng)風(fēng)機(jī)部件維護(hù)的相關(guān)性分析

根據(jù)風(fēng)機(jī)部件維修定義分拆，部件維修相關(guān)性分為三類，即經(jīng)濟(jì)相關(guān)性、結(jié)構(gòu)相關(guān)性以及隨機(jī)相關(guān)性。經(jīng)濟(jì)相關(guān)性分為經(jīng)濟(jì)正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。它意味著修復(fù)幾個(gè)組件比單獨(dú)修復(fù)一組件會(huì)節(jié)省更多資金。設(shè)備系統(tǒng)通常包括各種設(shè)備，所以必須進(jìn)行專業(yè)化的維護(hù)，以顯著減少設(shè)備停機(jī)的時(shí)間，減少維護(hù)性成本和損失。同時(shí)考慮到人員安全、產(chǎn)品質(zhì)量等因素，實(shí)施多個(gè)部件維護(hù)比單個(gè)的維護(hù)會(huì)更合理。對(duì)于結(jié)構(gòu)性相關(guān)問(wèn)題：故障組件應(yīng)由其他組件進(jìn)行支持。在修復(fù)或更換前，要修復(fù)或移除部分工作部件。這種操作關(guān)系是基于故障性能服務(wù)的，而不會(huì)產(chǎn)生組件間故障。而隨機(jī)相關(guān)性它能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)過(guò)程產(chǎn)生相互影響，從而使組件間的不同部分故障產(chǎn)生互斥性。任何部件狀況都會(huì)影響其他部件的使用壽命，對(duì)于經(jīng)濟(jì)性相關(guān)而言，它不影響部件結(jié)構(gòu)的使用性能。其重點(diǎn)是結(jié)合不同部件維護(hù)，以達(dá)到最佳維護(hù)效率。同時(shí)結(jié)構(gòu)相關(guān)性也是如此，兩者都注重組件的正常使用[2]。

3.2 加強(qiáng)對(duì)設(shè)備故障分布的總結(jié)性分析

對(duì)于風(fēng)電機(jī)組故障，其具體分布如下表所示。在故障中，大部分表現(xiàn)在電氣、主控系統(tǒng)和風(fēng)電機(jī)組中。發(fā)電機(jī)不同部件間的故障通常是相對(duì)獨(dú)立的，但也有一定的一定聯(lián)系。復(fù)雜風(fēng)機(jī)即時(shí)故障的排除和維修，要從其精度檢測(cè)時(shí)間和成本三個(gè)方面，建立和提出的有限狀態(tài)維修模型。

4加強(qiáng)對(duì)風(fēng)機(jī)組運(yùn)行的指標(biāo)管理

4.1 對(duì)于PBA升降單元

要提高發(fā)電機(jī)組 PBA的方法是降低其功率損耗。這旨在增加機(jī)組實(shí)際發(fā)電量，減少停機(jī)時(shí)間和電力損失。從提高機(jī)組發(fā)電量角度看，改善機(jī)組功率曲線是非常重要的，它是根據(jù)風(fēng)況改變管理質(zhì)量的必要工具。每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)其風(fēng)速概率分布是不同的，常用二參數(shù)威布爾分布曲線表示風(fēng)速分布模型。當(dāng)其參數(shù)變化時(shí)，不同風(fēng)速段會(huì)發(fā)生顯著變化?？赏ㄟ^(guò)改變Copt增益增加機(jī)組發(fā)電量，促進(jìn)高頻風(fēng)能吸收和提高系統(tǒng)整體發(fā)電量對(duì)不同設(shè)備風(fēng)頻功率進(jìn)行優(yōu)化，以提升機(jī)組的輸出功率和效能。這種情況，PBA發(fā)電機(jī)可達(dá)到最佳效果。從減少停機(jī)電力損失角度看，減少故障導(dǎo)致停電問(wèn)題，從而減少系統(tǒng)的能耗損失。因此要提高對(duì)設(shè)備故障的預(yù)測(cè)能力，根據(jù)風(fēng)時(shí)情況增加必須的計(jì)劃外維修，減少?gòu)?qiáng)風(fēng)階段故障的維修。改善功率曲線的交互作用以提高PBA指標(biāo)[3]。

4.2 加強(qiáng)對(duì)MTBI的管理

MTBI提高能有效降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本，增加機(jī)組的發(fā)電量。其關(guān)鍵是提高元件質(zhì)量、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平和設(shè)備生產(chǎn)質(zhì)量。要從以下向幾方面入手，首先是增強(qiáng)機(jī)組器件設(shè)計(jì)的可靠性。設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其運(yùn)行環(huán)境和應(yīng)用條件，要在關(guān)鍵部位增加連接，強(qiáng)調(diào)安裝質(zhì)量的可靠性。在提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和降低成本間找到平衡點(diǎn)，降低整體運(yùn)行成本，并有效控制機(jī)組故障次數(shù)。其次要通過(guò)精益制造和調(diào)試，控制設(shè)備的輸出。風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)中要執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，在原型制造設(shè)備后，應(yīng)進(jìn)行工廠測(cè)試。必須通過(guò)全功率測(cè)試和電網(wǎng)設(shè)備檢查，滿足電氣系統(tǒng)的運(yùn)行性能。在進(jìn)入量產(chǎn)階段，要積極改進(jìn)機(jī)組投產(chǎn)流程，在調(diào)試中嚴(yán)格遵守設(shè)備的調(diào)試要求。在精調(diào)中對(duì)主控、SCADA進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，并合理確定控制方案。通過(guò)不斷研發(fā)輪轂和機(jī)艙調(diào)節(jié)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)調(diào)節(jié)，消除調(diào)節(jié)中人為操作影響。用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，改進(jìn)集線器的調(diào)試效果，增加電源檢測(cè)相序、通訊接的功能性。對(duì)于機(jī)組的調(diào)試內(nèi)容要增加偏航系統(tǒng)、液壓以及制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試和調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)全面的調(diào)試管理工作。通過(guò)精調(diào)過(guò)程，顯著提高風(fēng)機(jī)調(diào)試質(zhì)量，同時(shí)加快風(fēng)場(chǎng)系統(tǒng)的調(diào)試速度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)軟硬件系統(tǒng)的問(wèn)題，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)人員素質(zhì)的培訓(xùn)，確保風(fēng)電機(jī)組維護(hù)人員素質(zhì)不斷提高，具備良好的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行技術(shù)[4]。

4.3全面優(yōu)化MTOTI 檢修時(shí)間

要減少機(jī)組維修時(shí)間，其關(guān)鍵是快速記錄系統(tǒng)發(fā)生的故障，及時(shí)進(jìn)行維修。所以要制定標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程。MTOTI指標(biāo)從以下方面進(jìn)行提高：如利用遠(yuǎn)程維護(hù)平臺(tái)擴(kuò)展對(duì)系統(tǒng)故障的預(yù)測(cè)能力，以加強(qiáng)對(duì)大數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的分析能力。由于遠(yuǎn)程維護(hù)平臺(tái)兼顧了數(shù)據(jù)采集、控制、診斷管理等功能，可在故障發(fā)生早期消除隱患。通過(guò)對(duì)平臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的數(shù)據(jù)管理，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面方位的監(jiān)控，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以盡快進(jìn)行維護(hù)[5]。

結(jié)束語(yǔ)

目前，隨著風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)項(xiàng)目的增加，4兆瓦及以上風(fēng)機(jī)類型已成為當(dāng)前重要的能源，風(fēng)能也進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，自動(dòng)化智能化的風(fēng)電場(chǎng)成為未來(lái)發(fā)展的主方向。所以技術(shù)管理人員必須重視風(fēng)電機(jī)組的日常維護(hù)工作。除日常的檢查維護(hù)外，還要加強(qiáng)對(duì)機(jī)組變流器等設(shè)備的控制，不斷提升對(duì)全套精密部件的維修，如齒輪箱、發(fā)電機(jī)、葉片。通過(guò)對(duì)機(jī)組各種故障問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，并根據(jù)風(fēng)機(jī)特點(diǎn)采取有針對(duì)性的處理策略。

參考文獻(xiàn)：

[1]江聰. 風(fēng)電機(jī)組故障預(yù)警并行化數(shù)據(jù)處理技術(shù)研究[D].華北電力大學(xué)，2021.

[2]陳飛.風(fēng)電機(jī)組PLC安全鏈反饋丟失故障原因分析及處理[J].廣西電業(yè)，2020（06）：68-70.

[3]孟鵬飛，李強(qiáng).基于SCADA故障告警數(shù)據(jù)的風(fēng)電機(jī)組隱患分析及處理方法[J].風(fēng)能，2019（01）：94-98.

[4]楊儒龍，劉述喜.雙饋風(fēng)電機(jī)組常見(jiàn)故障分析與處理[J].設(shè)備管理與維修，2017（08）：63-65.DOI：10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.07.29.

[5]顧天凌，陳偉球.風(fēng)電機(jī)組頻繁觸發(fā)過(guò)振保護(hù)跳機(jī)故障的分析處理[J].廣東電力，2017，30（02）：54-58.