风力发电机组电气与控制系统快速检修思路研究

周国旭

（中国三峡新能源（集团）股份有限公司山东分公司，山东 济南 250000）

当前，环境污染严重，社会能源紧缺，为了解决这一问题，我国大力推广清洁能源，开发风力发电等绿色无污染的能源生产形式。为了确保风电设备的高效、稳定运行，风力发电机组电气与控制系统的检修工作至关重要，风力发电机组结构复杂，电气与控制系统故障呈现多样化特征，检修工作难度较大，对于风电机组电气与控制系统常见故障进行分析，提出对症检修策略，能够有效提升检修工作水平，有效降低风力发电机组电气与控制系统故障风险，确保系统安全、平稳运行。

1 风力发电机组电气与控制系统快速检修的总体框架分析

在风力发电机组中，电气与控制系统相当是大脑和中枢神经，能够感知、监测并控制系统中的设备，确保系统运行正常。电气与控制系统由PLC通讯模块、安全链模块、模拟输入AI模块、数字输入DI/输出DO模块等具有通信功能的模块组成，可实时传达PLC主机的指令，传递设备信息，确保电气设备按照预设程序稳定运行。平安链回路是风力发电机组的重要组成部分，是确保机组稳定运行的基础保障，平安链是由多个节点串联而成的，如果其中一个结点发生故障，故障信息会即刻传输至控制系统，检修人员获取故障信息后，会立即赶往现场进行故障维修。在故障维修过程中，一般情况下会出现5～10个故障，检修人员必须全面了解风力发电机组构成，专业素质过关，工作经验丰富，才能够迅速判断出系统故障，对症检修，确保风力发电机组能够尽快恢复运行。

随着风力发电机组的进步，优化其电气与控制系统中的平安规划，能够有效降低系统故障风险，如果系统发生故障，也能够第一时间定位故障位置，展开检修，确保风力发电机组的平稳运行。风力发电机组的电气与控制系统，具备电气负载连接、风轮限速、温度参数控制、电功率范围控制等功能，融合应用主动控制与被动控制的方式，对管制机组展开实时监控，确保系统各项运行参数处于合理范围内。当前，风力发电机组电气与控制系统采取的是无效-维护原则，也就是说，当管制措施无效，或者系统内部发生故障，比如出现系统超速、电机过载、电网负荷过大等情况，导致风力发电机组无法正常运行时，系统的安全维护装置将采取合理措施恢复机组运行。

正常情况下，风力发电机组的运行状态包括正常运行、暂停、关停、火速关停，其级别逐步降低。在正常情况下，风力发电机组如果需要提升操作层级，应该遵循逐级提升的原则，这样能够实时检测出各个层级中有无故障，如果出现问题，火速关停，展开检修，确保机组的安全运行，降级时无明确限制，可越级降低。

2 风力发电机组电气与控制系统快速检修的具体步骤分析

2.1 PLC检查

PLC是风力发电机组电气与控制系统的控制中心，所以，在检修工作中，首先应该检查PLC是否正常运行，通过操作界面检查PLC运行形态，检查PLC软件版本有无纰漏，检查是否出现宕机的情况，检查外部PLC形态是否正常，触摸PLC外壳，检查是否出现工作过热现象，如有问题及时解决。

2.2 通讯检查

如果经检查，PLC处于正常运行状态，下一步需进行通讯检查，检查控制系统通讯功能是否异常，如果的确出现问题，那么风力发电机组中的所有设备状态均无法检测到，例如无法检验到安全链信号。在通讯检查中，首先应该检查通讯模块电源供电板块是否正常运行，检查其接头、接线是否正常，检查通讯波特率是否处于正常范围，检查通信地址是否正确，检查通讯光纤信号强度是否达标，检查其接线是否正确。

2.3 安全链检查

通讯检查后，若一切正常，即可进行安全链检查。按照风力发电机组的控制逻辑，若安全链回路处于非闭合状态，机组大部分设备都无法工作。在安全链回路检查中，首先检查安全链模块是否正常运行，再检查安全链软件是否正常工作，如果安全链模块已产生损耗，那么即使其余软件正常运作，也无济于事，必须重新更换安全链模块，再进行剩余的检验，如果安全链软件发生故障，应该重新下载或灌装安全链程序。

在排除安全量硬件、软件故障后，基于电路图纸接线原理，仔细检查回路各安全节点是否正常运转，如有异常，分析原因，有可能是安全链信号传输进程中发生故障或干扰，并未发生危险事故；也有可能是设备运行状态达到触发安全报警的条件。

2.4 各分系统设备检查

当全部的安全链回路闭合，处于正常形态时，主设备开始运行，即可展开对风电机组各个分系统（包括液压系统、变桨系统、偏航系统、冷却系统、润滑系统等）的检查，逐一排除故障。检修人员要以电路图所指示的回路，逐步展开检查，检查的主要对象包括控制回路和动力回路。

控制回路拥有测量、控制、反馈三种功能，具体检查内容如下。

（1）测量功能回路。系统能够将温度、位置、转速、压力、风速、风向、加速度、电压、电流等多种类型传感器的信号，转换为特定范围的电压信号，便于PLC卡件测定、判断设备运行状态，一般来说，传感器的电压比较低，但也并非绝对，某些电压互感器的电压值为230V，有触电的风险，在这些传感器中，有些是电压信号，有些则是电流信号，会被转换为电压信号，检修人员在检查时，应该仔细检查电流传感器回路中的分压电阻是否正常，如果需要更换传感器，应该确保分压电阻的正确安装。

（2）控制功能回路。控制功能是通过PLC卡件发出24V控制信号，以弱电控制接触器的吸合和断开，从而实现动力电源的接通和断开，实现电气设备自动启停的目标，常见的接触器故障类型有触头黏连、电磁线圈失效等，这些故障会导致电气设备无法有效控制，或者说设备运行参数超过正常范围，被测量信号检测出，才会报出故障。

（3）反馈功能回路。反馈功能回路中，通过一些带有辅助触点、漏电保护、过流保护功能的接触器、开关，来检测、监视设备运行状态，检查是否出现漏电、过流等故障，反馈信号可与PLC数字输入的DI卡件形成回路，以常开、常闭逻辑判断被监控设备的运行状态，在DI模块中，采取相应的0V和24V直流电压，而非380V动力电压，如果空开跳开，相连的辅助开关随之跳开，PLC的DI模块随之，PLC捕捉到这些信息，会立即发出故障报告。

动力回路包含三相回路、单相回路两种类型，在对接触器、接线端子展开检修时，应该提前断电，秉承安全检查原则，检查电源是否安全，通电之前，检查电气设备相间、对地绝缘情况，以防通电后发生短路，导致设备损坏。在电机维修中，应该检查相序是否正确，以防电机反转。在进行电气设备故障检修的过程中，首先应该明确故障类型，查找到对应的电气回路，仔细观察该回路中有无发生过热、跳闸、接线松脱、烧毁等明显故障，判断电气回路是否出现过流现象、电气元件的机械零件失效等情况，确定故障后，及时更换故障零部件，若无明显故障，应该从控制界面上，查看是否存在异常的反馈信号或车辆信号，检查相对应的电气设备是否正常工作，如果还是没有发现问题，再依次检查控制回路、控制元件、动力回路和电气设备。

3 结语

综上所述，随着风力发电模式的逐步推广，风力发电机组不断进步，相关的故障诊断技术也在不断更新，以机组电气与控制系统来说，随着相关检修工作的进展，检修人员积累了一定经验，更加准确地把握系统的结构组成，以及各个部分容易发生的故障，明确了各类故障的具体表现、发生原因，提出了对症检修策略。这意味着，一旦风力发电机组电气与控制系统发生故障，检修人员能够迅速制定并实施有效的应对措施，防止安全事故的发生，迅速找出故障点，进行维修，让系统能够尽快地恢复运行，确保风力发电过程的安全性与稳定性，推动风力发电事业的可持续发展。