风电机组的日常检修维护与故障处理

郭玉新

风力发电是我国的主要发电方式之一，近年来取得了很大程度上的发展，现阶段处于稳步发展时期。为了保证风电场运行的稳定性与可靠性，提升风电场经济效益与社会效益，做好运维工作与故障监测分析十分重要，因此在本之中，主要对风电机组的日常维护和故障处理进行全面分析，在此基础上提出下文内容，希望能够给与同行业工作人员提供相应的参考价值。

：风电机组;日常检修;维护;故障处理;分析

2019年以来，随着多个百万千瓦级风电场的陆续开建，陆上风电进入4.0时代。而海上风电也迈入大容量高速发展阶段，风电场的日常检修和维护工作就显得尤为关键，同时合理的检修和维护工作也是保障风电机组能够持续稳定的重要因素。通过对机组进行日常检修，我们能够有效掌握风电机组当前的运行情况，了解机组各个零部件的运行状况是否存在问题，拟定出针对这一机组的维护计划，在问题产生的初期就采取合理的维修策略，以避免损害加剧，造成对人身安全的危害或财产损失。本文分析了风电机组的常见故障和诊断方法，并针对问题提出对应的检修和故障处理策略，有助于保证风电机组的安全运行，确保机组可利用率和发电场经济效益的提升。

风力发电主要依靠的是风电机组传动系统间各个程序的相互配合，其也是风力发电工程的主要工作体系，风电机组传动系统运行过程以及运行模式时时刻刻都会对风力发电的速率以及效率产生影响。风电机组系统内部如果发生故障未得到及时的处理，很有可能会对整个机组造成零部件的损坏，降低其使用寿命，严重的还可能会对齿轮组或者主轴承等大型关键性零件造成散落或者零碎，最终导致风电机组系统瘫痪，无法正常使用，

风力发电机组的使用寿命一般为20～25年，大部分风电机组安装在草原牧区、高原地带、沿海岛屿、山区等区域，这些区域的自然环境都非常恶劣。风电机组长期在沙尘、低温、冰雪、雷电、风暴等恶劣环境中工作，加之荷载及风速对其的影响，使得机组的实际工作状况异常复杂，很容易造成风电机组的相关零部件在实际的寿命期当中产生损坏和发生故障。小的故障造成风机停机，损失风电场发电量;大的故障造成大部件（如发电机，齿轮箱，轴承，叶片等）损坏。一旦造成大部件的损坏，大部件的更换、运输、吊装、长时间的停机会给风机制造商和风电场造成巨大的损失。由于风电机组的高度一般在70～90m之间，机组内有大量的机械部件和电气部件，还有油脂及其他化学制剂。大型故障甚至可能造成火灾、触电、机械伤害和人员坠落等人员伤害，甚至死亡。风电机组如果经常产生故障，不但增加维护工作量，最为严重的就是机组往往在没有达到使用寿命期限就会出现报废。

1.主控系统的故障及诊断方法分析

对于主控系统而言，主要作为风机的大脑，是风机的核心部件，风机运行的逻辑判断以及动作主要作为主控系统所发布出来的，现如今主流的控制系统主要是我PLC的模块化设计工作，背板为总线连接的方式。对于这类电子器件，较为常见的故障主要是模块自身和外部故障问题，模块自身的故障主要是数字量或者是模拟量信号输出显示不正常等，故障的处理方式为重新刷新相关的程序，或者是对器件进行更换。然而外部故障主要是在后台监控SCADA系统中根据警报的方式进行提醒，通过借助报警提示以及代码的描述，能够快速的对外部器件故障点进行定位，对故障问题快速的处理。但是在维护的过程中，不可以忽视屏蔽主控系统所发出的安全相关故障问题，如果忽视会导致风机的安全运行出现严重影响，因此必须要引起足够的重视。

2.变桨系统常见故障诊断方法

变桨系统是风电机组最重要的执行机构，是整个风机系统实现转速控制、并获得最大风能利用率的重要保证之一。同时也是风电机组安全运行的保障，在超过风机正常运行范围的大风况下，接受主控系指令进行收桨动作，有效的保障风机的安全性。变桨系统的主要故障分为电气故障和机械故障两部分，由于变桨系统器件多、结构复杂，是风电机组中故障率最高的部件。电气部分的维护主要分为手动变桨测试、急停收桨测试、充电回路测试、变桨电池检查等。机械部分则包括变桨电机、变桨轴承密封性、润滑油系统检查等。变桨系统属于旋轉部件，对轮毂内所有螺栓和器件设备的力矩要求、连接紧固性有很高的要求，这些也是日常产生故障的主要原因。同时，轮毂内的任何部件故障都必须引起重视，这直接关系到风机的安全运行。

3.齿轮箱故障诊断

3.1齿轮箱故障按照类型不同可以分为齿轮故障和轮体故障两类，风电机组的主要故障形式则包含：（1）齿面损耗。风电机组的齿面损耗其主要是齿轮的磨损和腐蚀。磨损是风电机组机械传动由于润滑不足和异物进入导致齿轮的轮廓发生改变、间隙增加等问题。腐蚀则主要是由于一些腐蚀性气体或者液体等引起化学腐蚀，齿轮的咬合是发生电火花或者电弧引起机械电蚀。（2）齿面胶合。风电机组传动系统中的齿轮高速运转，如果齿轮箱中的润滑环境较差，很可能引起齿轮中间油膜消失，齿轮间的高温造成齿轮面发生熔焊。（3）齿轮变形。齿轮的变形主要是指塑性变形问题，齿轮箱的齿轮长时间处于重载工作状态时，齿轮承受的载荷消失之后恢复形变，从而发生塑性形变。3.2齿轮振动管信号调制。风机传动系统齿轮箱故障多为齿轮电蚀、齿轮折断等故障，这些故障均会引起周期性脉冲冲击，振动信号会出现调制现象，并且在振动信号频谱上表现为齿轮咬合频率、齿轮箱固有振动频率两侧分布均匀齿轮故障诊断中，其诊断信号调解工作显得尤为重要。如果齿轮箱发生故障，则在检测振动频率谱上包含正常的咬合频率、倍频率分量、周期性脉冲引起的调制。

4.发电机故障

发电机是风电机组的核心部件，其功能是将旋转的机械能转化为电能，为电气系统供电。长期运行于变工况和电磁环境中，易发生故障。常见的故障模式有发电机振动过大、发电机温升高、转子/定子线圈短路、转子断条等。一般来说，导致发电机故障的原因为：螺栓松动、油路不通、轴承过度磨损、管路接触不良或击穿。针对这些常见的故障，采取的维护措施包括：清理清洗、检查螺栓、减轻负荷、更换元器件等。

5.叶片故障

叶片是风力发电机组的重要组成部分，是获得风能的主要部件，当风力发电机组处于工作中，叶片所受压力较大，出现故障的频率较大。由于长时间处于空气中，受自然环境影响，叶片容易被腐蚀，这会导致叶片结构不稳定，易脱落。一旦叶片发生故障，首先影响个发电机组的受力平衡，这种受力不平衡将会对发电机舱造成影响，导致机舱颤抖，影响整个机舱的稳定性。

1.合理的选择检修方式

根据现如今风电机组可能会出现故障类型分析，可以将其分为早期故障以及意外故障和损事故中等，根据其故障检修方式存在的差异，可以将其分为日常间休息和定期检修以及故障之后的维修。在机组使用初期，故障率通常是比较高的，这个时候故障主要是因为设计不合理或者是制造上缺陷导致的，或者因为工作人员自身维护不合理导致的，为了对这个问题进行解决，必须要提高对风机的日常检修和检查工作，及时的发现隐患问题，快速进行解决。在风电机组通过了二百四十个小时之后，风电机组的运行会逐渐的稳定。运维人员需要严格的执行维护计划，定期对机组进行维护，特别是偏航系统以及导电轨等检查维护要引起足够的重视。此外风电机组运行第二年，运维人员会根据日常维护中的设备故障概率，建立起相应的储备制度，减少无设备更换导致的停机时间。在设备运行第三年，风电机组已经是进入到了稳定运行阶段，这个时候运维人员需要该风场的特点建立其日常检修和定期保养，对各种类型的故障检查和修理，消除故障可能会存在着故障隐患。风电机组在投入运行五年之后，大部分的零件会出现老化以及异响等问题，这个时候需要在日常检修的基础上增加精细化的检修，对其进行全面的体检，避免小的隐患变成大故障。

2.基于大数据分析的故障诊断及维护策略

风电机组是一个复杂的综合系统，机组的故障在出现前期必定会出现一些征兆。我们应对机组故障数据进行统计分析，找出故障分布规律。复杂故障和复杂系统可以通过逐步分解的方法进行分析、研究，以此找到风电机组故障的发生机理，从而进一步得出故障发生和发展的过程，作出科学系统的故障诊断，为机组维护策略的持续改进提供重要依据。目前国内通常是将故障树分析法作为基础，进行风电机组故障的FMEA模式分析。针对并网风电机组故障分析，首先对其进行科学合理性的划分，通常会把风电机组划分为多个故障子系统，其中涵盖了：发电机、风轮、传动系统、刹车系统、塔架、变桨系统、电气系统、传感器等子系统。应用故障树分析法（FTA）、故障模式及后果分析法（FMEA）对各子系统开展故障分析，最终形成风电机组及故障子系统的FMEA分析报表，给出各个故障子系统与机组故障类别的故障模式及影响分析、故障概率级别等，对于故障模式、故障原因、故障因素进行分析，同时制定与之相应的处理措施。并依据此结论对机组的维护策略进行完善优化、持续改进。

3.采用有针对性的故障处理策略

各种类型的风机在长期的运行过程中应采取不同的故障处理策略。例如，风机功率曲线不达标、个别机组无法满发。此时应当先从机组叶片对零、风向标对北、机组找中等机械部件方面入手检查，同时对风机算法和控制逻辑进行优化等软件方面进行多种检测，另外还要考虑到风机机位是否处于尾流效应中，海拔等因素也要考虑在内。再例如，当变桨电机频繁发生故障时，除考虑变桨电机制造商的选择和更换外，还应综合考虑整套变桨系统设计及维护情况。后备电源的充放电性能、变桨轴承和减速箱的润滑效果、收开桨逻辑等都会对变桨电机故障造成重要影响。甚至由于各风场所处区域，风机特性差异较大，通过实施纠正性技术改造加以解决。风电场的运行维护和故障处理需要我们在日常维护中加以不断探索和归纳，还应当制定科学合理的风电场管理规程，加强管理措施，推动设施设备的技术改良工作，确保风电机组更加稳定的运行。还应当制定科学合理的风电场管理规程，加强管理措施，推动设施设备的技术改良工作，使风力发电事业的发展更符合我国能源需求增长的需要。

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通过对上述的内容进行分析研究后得出，现如今随着百万千级风电场的陆续建设工作，四兆瓦及以上的机型已经成为了陆上的主力，海上风电已经进入到大容量快速发展的阶段，智慧風场以及无人值守会成为日后的发展趋势，它关系到整个风力发电系统的效率。相关部门应该加大对风电机组传动系统维护和故障诊断工作的力度，积极排除疑难问题，在一定程度上可以保证我国能源的可持续发展。：

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