风电机组电气与控制设备的检修思路

2014-08-15胡海龙

科技传播 2014年4期

关键词：风电检修机组

易莉，胡海龙，李巍，刘涛

1.龙源（北京）风电工程技术有限公司，北京 100034

2.龙源（北京）风电工程技术有限公司张家口分公司，河北张家口 076750

0 引言及研究背景

近年来，风电装机容量快速增长，如雨后春笋般改变了荒野的面貌，为人类源源不断的提供绿色能源。新风电场投产2～5 年后，风电机组设备相继完成质保，风电机组需要风电场自己组织的检修队伍来完成今后的检修工作。

在风电场组建检修队伍开始，往往不乏刚从学校走向岗位的毕业生，没有见过风电设备，同时更不具备对设备的检修经验。如何快速在3 个月的实习期内完成对新员工的安全和检修技能培训，使其短时间内具备分析故障、处理故障的能力，是摆在检修部门面前的一道难题。由于新机组运行较稳定，故障率较低，除了在实习期内由师傅带徒弟上机维护外，基本没有更好的办法让新员工快速积累检修经验。

因此，为解决这个问题，检修部门往往编制出自己的检修作业指导书或故障处理手册，检修班长也需要将自己的检修经验的精华总结出来，从理论上向新员工进行灌输。但是只有文字、图片还是不够的，为提高新员工的实际操作水平，笔者认为在保证安全的情况下，设置一些故障让新员工进行实际操作，是十分有必要的，并且，应将设备检修过程条理化，通过培训可以检验新员工对设备理解程度和操作安全意识。本文主要从控制系统、电气系统阐述给新员工进行故障分析和实际操作培训的一些思路，使其建立对设备功能的系统认识和检修操作能力。

1 控制系统故障检查思路

控制系统是风电机组的大脑和神经，感知和控制风电机组所有系统的设备，并使其正常运行。新员工的培训工作应先由控制系统的认识和实际操作开始。

风电机组控制系统主要由PLC 主机，PLC 通讯模块，安全链模块、数字输入DI、数字输出DO 模块和模拟输入模块AI等专用模块组成。通信模块通过某种通讯协议将PLC 主机的指令和设备状态信息进行传输，使相应的电气设备工作在要求的状态下。

风电机组安全链回路是保障机组安全运行的重要回路，由多个节点采取串联回路连接而成，只要回路中有一个节点断开，安全链便发出指令让风电机组马上紧急停机，避免发生安全事故，从逻辑上看，安全链的各个环节是逻辑与的关系，只有安全链各个逻辑量是1，机组才允许正常运行。安全链回路监控的项目有：超速，振动，变桨，偏航扭缆，紧急停机按钮，PLC 主机等。

在风电机组报故障后，现场检查的方法往往是头痛医头脚痛医脚，没有对设备进行系统的检查。对于新员工来说，对设备的认知也经常是局部的，没有连贯性和系统性的认识。同时，故障报警列表中，往往不能直观看出故障的先后顺序，且故障总数有时可能达到5～10 条，如此情况对于新员工来说，无疑加大了学习和实践的难度。为使其系统化的理解和扎实的掌握检修技能，根据现场的检修经验，总结出如下的检修思路。

1.1 PLC 检查

由于PLC 是控制的核心，所以要首先检查PLC 的工作是否正常。通过检查操作界面，确认PLC 的软件版本、工作状态是否正确，不存在死机的现象。之后，外部检查PLC 的状态显示是否正常，同时感知PLC 外壳，确定设备工作没有过热现象。

1.2 通讯检查

PLC 工作正常后第二步检查通讯功能，如果控制系统通讯存在问题，则风电机组所有的设备状态包括安全链的信号都无法检测到。通讯模块检查项目主要包括：通讯模块的电源供电模块是否正常工作，通讯模块的接头和接线是否正确，设置的通讯波特率是否合适，通讯地址是否正确，通讯光纤的信号强度是否充足，接线是否正确。

1.3 安全链检查

在通讯功能正常后，第三步检查安全链回路。根据风电机组的控制逻辑，如果安全链回路不闭合，机组的主要设备都是不能开始工作的。安全连回路检查流程中，首先要确认安全链模块的工作状态正常，安全链的软件工作正常，如果安全链模块已经发生损坏，则在更换新模块之前，后面一切检查都是徒劳的。如果安全链软件有问题，则需要重新下载或灌装安全链程序。

排除软硬件故障后，在根据电路图纸接线原理，根据回路检查各安全节点的功能是否正常，检查过程中要分清故障原因。有的情况是安全链信号传输过程中存在干扰或故障，而非发生了不安全事件。而有的故障原因是设备运行状态确实达到了触发安全报警的极限。如发生了严重的扭缆状态，机舱振动超限等。当所有安全连回路闭合，且状态正常后，主设备开始工作，之后就可以进行各分系统的检查和故障排除。

1.4 各分系统设备检查

风电机组各分系统设备包括变桨系统、偏航系统、液压系统、润滑系统、冷却系统等。在检查这些系统设备时，要严格按照电路图所指示的回路进行检查。而检查电气回路的类别主要分为控制回路和动力回路。

控制回路主要有测量、控制和反馈三种功能。测量功能主要是将各类型传感器如温度、压力、转速、位置、加速度、风速、风向、电压、电流等信号转换成特定范围的电压信号以供PLC卡件测量来判断设备的工作状态。传感器的电压一般较低，但是也有例外情况，如有些电压互感器的电压值就在230V，如不小心，会有触电的危险。这些测量信号有的是电压信号，有的是电流信号转换成电压信号。因此，检查和更换传感器时，要注意电流传感器回路中的分压电阻的好坏，更换新的传感器后也要注意安装正确的分压电阻。

控制功能主要是由PLC 卡件发出24V 控制信号，用弱电控制接触器吸合和断开以实现接通或断开动力电源的目的，达到自动启停电气设备的作用。接触器常见的损坏形式有，触头粘连，电磁线圈失效等，其结果均造成不能有效控制电气设备，直至设备状态参数超出正常的范围而被测量信号检测出来，报出故障。

反馈功能回路是对于一些带有辅助触点、漏电保护或过流保护的开关和接触器，用来监视、检测这些设备的状态，从而判定是否有过流、漏电等故障，这些信号一般是与PLC 数字输入的DI 卡件形成的回路，通过常开、常闭逻辑判定被监控设备的工作状态。DI 模块及回路使用相同的0V 和24V 的直流电压而不是动力电压380V，如当空开跳开后，连带的辅助开关也跳开了，PLC 的DI 模块由闭合变成断开，使PLC 捕捉到这些信号，并报出故障。

动力回路主要有三相回路和单相回路，单相电压主要有230V 和380V 两种。不论是检查接触器还是接线端子检查，在检修过程中都要注意断电和验电的安全事项。同时在上电前要注意检查设备的相间及对地绝缘状况，以免上电出现短路，损坏设备。在电机维修后，还要验明相序是否正确，避免电机反转。

电气设备故障的检查应首先根据故障类型对照图纸找到相应的电气回路，观察回路中有无明显的故障现象，如跳闸、过热、烧损或接线松脱等，以判定是否出现过流现象或电气元件的机械零件失效，进行更换。如没有明显故障现象，通过控制界面查看是哪个反馈信号或测量信号不正常，检查对应的设备工作状态是否存在问题。如设备状态正常且无损坏，检查测量回路和反馈回路是否正常。如无问题，检查控制回路及控制元件，之后是动力回路和电气设备。按照上述检测方法，不但使检查思路变得较为清晰，同时也加深了新员工对控制系统和电气系统的认识。

2 新员工现场培训注意事项

在新员工现场操作前，有必要进行一些模拟故障处理的训练，笔者根据自己的经验，总结了如下注意事项：

首先，在新员工现场实际操作培训前要进行充分掌握安全规程、运行规程和检修规程，了解现场危险点和反事故措施。同时充分进行理论学习，新员工对风电机组内部的控制系统和电气系统的原理应有一个清晰的认识，对风电机组内各系统的功能原理也要学习清楚。同时，熟悉设备检修作业指导书，会识别标准电气图纸，掌握检修用工器具和仪器仪表的使用方法。

其次，在进行现场操作时，宜选在气象条件良好，风小不发电的时间，以最大限度的保障发电任务。同时，预先做好试题的出题和验证工作，以保证设备安全和正确培训新员工的目的。在培训过程中，故障点数量不宜过多，针对同一系统故障由1 个到2 个故障点组成，在学员操作过程中主要观察其安全意识，检修思路是否清晰，故障原因的分析是否正确。对不安全因素要及时纠正。

操作完成后新员工应及时总结经验，经班长总结和短评，查看新员工对问题分析的差距，同时让新员工讨论总结出比之前更好的检修方案，从而有效提升检修水平。