风力发电机故障统计与分析

陈超

摘 要：本文以大唐宝丰红石山风场的许继WT2000双馈异步风力发电机组为研究对象，针对风机常见的变桨故障、冷却故障、通讯故障、变频故障、齿轮箱故障和偏航故障6种常见故障类型进行统计分析，阐述故障的处理方法，然后对风机频发的故障进行解析，为今后风机的故障监测提供重心和依据。

关键词：风力发电；故障；原因；預防

中图分类号：TM315；TM307.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）07-0059-02

Fault Statistics and Analysis of Wind Turbine Generator

CHEN Chao

（Datang Henan Clean Energy Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450018）

Abstract： In this paper， the XJ WT2000 in Datang Baofeng Hongshishan wind DFIG as the research object， according to the common fan blade failure， cooling failure， communication failure， fault frequency， gearbox fault and yaw fault 6 common fault types were analyzed， elaborated the fault handling method， then the fault of the wind for frequent analysis， provided the basis for future fault monitoring center of gravity and wind turbine.

Keywords： wind power generation；failure；cause；prevention

随着对不可再生资源及环境保护的重视，风力发电渐渐成为城区供电的主力军。为了充分利用风能，不同型号不同能效的风力机组逐渐成型，风力发电技术也日渐趋于成熟。但是，受市场高速发展以及不同区域风能地形差异的影响，风力发电机组的可利用率并不是十分理想，监控系统有待优化。本文对特定风场特定机型的采集数据进行统计分析，从而找出风机较常见的几个故障，并提出对应的解决方法，为今后风机的故障监测提供依据。

1 风场环境及发电机组介绍

大唐宝丰红石山风电场主要分布于宝丰一带的山脊，海拔高度约420～700m，地势北高南低，具备运输和安装兆瓦级以上风电机组设备的能力。风电场70～80m高度年平均风速为6.3m/s，年平均风功率密度为266W/m2，风功率密度等级为2级。共安装23台2MW许继风力发电机组，风力发电机组出口电压为690V，每台风机配套一台35/0.69kV箱式变压器。许继WT2000双馈异步风力发电机组采用三叶片、齿轮箱、双馈异步发电机、并网额定功率为2 000kW的总体设计方案，WT2000/116机组的风轮直径为116m。WT2000/116采用变速运行的方式，以便在不同风速下能获得最优的气动效率，从而提高风能的利用效率。WT2000/116风力发电机组采用主动变桨系统。该系统允许风机根据风速的变化来调节输入功率，当风速超过额定风速时，变桨系统能通过改变叶片的桨距角来限制风轮吸收的功率，使之控制在额定范围内，且三个叶片能相互独立地变桨，其也是风机的气动刹车系统。

2 风机常见故障类型

以内陆的风力发电机组为例，风机多处于地域偏远、自然天气环境恶劣的山区之中，风速与风向一般具有频繁变化的随机性，这就导致风机经常会遭受很多较为特殊的不可抗力，对机组本身造成一定伤害，从而影响风机的可利用率。常见的故障类型主要有变桨故障、变频故障、冷却故障、通讯故障、齿轮箱故障和偏航故障。

2.1 变桨故障

变桨控制系统通过改变叶片与风向的迎角，实现功率变化来进行调节的。通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动，从而改变叶片迎角，进而控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。变桨驱动故障可以分为机械故障和电气故障。故障检查前，应首先查看故障记录，确定故障时变桨电机扭矩，判断故障产生的原因。若变桨电机扭矩偏大，一般为机械故障。针对这种故障，可通过更换刹车供电电源、变桨驱动、变桨电机，检查变桨轴承和变桨减速机来解决。若变桨扭矩不是特别大，一般是电气类问题。这类故障处理方法为：①排查变桨驱动相关线路的插头是否松动，若松动，重紧固插头；②更换变桨变频器或变桨电机。

2.2 变频故障

变流器由网侧变换器（LSC）、电机侧变换器（GSC）、定子侧断路器、软启电路、滤波电路、转子过载泄放回路和防雷设备等组成，是风机工作的核心组件[1]。变流器常出现的故障有两个：柜内线路干扰和单相过流故障。线路干扰故障可能是由变流器内部存在干扰引起的，故障频率较小。解决此类故障的措施是将机侧高压采集板控制线路和高电压线路分开，重新排布线路。过流问题包括发电机滑环问题、IGBT问题和690V电缆损坏等几种情况。对于这类故障，以现场排查情况为准，更换或修复相应元件。

2.3 冷却故障

冷却系统是WT2000风力发电机组的重要子系统之一，利用液体或气体介质在机组内部的流动将内部工作摩擦造成的多余热量带走，以保障风力发电机组在正常温度条件下运行。冷却系统故障主要表现为水温过高、水温过低、冷却液泄漏、节温器损坏、冷却液消耗异常、发动机过热、发动机工作温度过低等。

2.4 通讯故障

通讯系统对风力发电机组正常运行起着重要作用。通讯问题包含塔基和机舱通讯问题、主控和变流通讯问题、变流通讯板问题等。其中，塔基与机舱的通讯故障需要分两种情况考虑，首先可以初步判断为光纤损坏，在把通讯光钎更换为备用光纤后，若仍无通讯，且通讯模块上指示灯显示不正常，可断定PLC通讯模块损坏，更换损坏的光纤或模块即可消除故障。

2.5 齿轮箱故障

齿轮箱常见故障有：齿轮箱油槽、轴承温度高，过滤器堵塞，齿轮箱润滑油位低，传感器损坏或线路虚接等。齿轮箱油槽或轴承温度高多是由冷散热系统不畅和测温元器件损坏导致测温不准等引起的。过滤器堵塞可通过入油口面板和机械表压力值、油泵压力值判断。当发生齿轮箱润滑油位低的故障时，通过添加油脂即可消除告警，但若是告警频发，就需要检查是否存在漏油点。若存在漏油点，要先堵漏，再补油。

2.6 偏航故障

偏航系统是风力发电机机舱的一部分，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。偏航系统由偏航驱动、偏航电机、偏航减速器、偏航轴承、偏航刹车盘、偏航制动器、偏航控制器和风速风向仪组成。多部件的构成使得任何部件损坏都会造成偏航动作的故障告警。其中，刹车反馈不正常和偏航电机过载问题是最为常见的两个故障。刹车反馈不正常发生时，应首先检查触点与偏航驱动器，若反馈触点调整不到位造成PLC接收不到反馈信号，要重新调节偏航电机内部的顶杆螺栓；驱动器故障也会导致刹车不灵，此时应更换刹车回路损坏器件或更换电机。偏航电机过载问题主要是由偏航电机刹车未打开、电机损坏、电机刹车片及偏航减速箱损坏等引起的。这类故障则需要通过更换电机来解决。

3 故障数据统计分析

本文以大唐河南清洁能源红石山风电场半年的生产数据为例，给出了许继WT2000双馈异步风力发电机组各项故障发生的次数（见表1）。

从表2可以看出：发生次数最少的故障是冷却故障，且集中在1月。这是因为1月份是山里温度最低的时刻，而外部温度的降低会引起风机的水冷系统故障，致使水冷压力过低。当系统检测压力值低于设定的告警值时，风机就会告警停机。

4 结语

本文分析了风机的常见故障，并根据具体采集的风场数据，分析对比了各类故障的发生频率，为风机的信号监控提供了具体方向和重心。由于采集的是特定风场的数据，并非包含全年所有天气状况，具有地域和风能质量的局限性。

参考文献：

[1]张保会，王进，李光辉，等.风力发电机集团式接入电力系统的故障特征分析[J].电网技术，2012（7）：176-183.