风力发电机组运行安全分析及控制措施

中核汇能（广西）能源开发有限公司 周志林

近年来，我国多个地区都开始探索风力发电，但由于风力发电在我国发展起步较晚，所以目前其无论是在理论还是在技术上都存在不完善的问题，结合相关经验来看，部分风力发电机组在运行过程中时常会出现安全故障，对于电力行业以及人员安全都有着不利影响，基于此，有必要对其展开更为深层次的探究。

1 研究背景

风能本身是一种可再生能源，是当前我国可持续发展战略背景下经济发展的重要能源之一，我国风能资源丰富，并且有着相对较广的分布面。结合相关调查研究来看，当前全世界范围内的风能市场每年的增长速度都稳定在40%左右，根据规律对未来的风能市场进行预测，其每年递增能够达到25%。从目前来看，风能的发电成本与从前相比已经有所降低。现如今，我国各项技术水平不断提升，环保工作也在如火如荼开展，风力发电应在商业市场中具有一定的竞争力，有了能够同煤电竞争的资格。近年来，社会经济飞速发展，电力行业内部有着极为激烈的竞争，各企业为了充分满足提质增效的目标，并同当前可持续发展的要求相适应，也开始投入风力发电中去。当前，我国风电产业整体呈现出迅速发展的特点，现阶段我国大型风力发电机组制造领域也有所提升，但风力发电机组在实际运行的过程中却始终受到安全因素的制约，所以未来应当积极开展安全分析，并采取相应的控制措施。

2 风力发电机组运行安全分析及控制措施探究

2.1 安全分析

2.1.1 监测计算参数

为了保障风力发电机组的安全平稳运行，相关工作人员应当采用科学有效的监视技术以及检测手段开展对于计算参数的监测工作，在实际实施的过程中应当注重对以下两方面的合理把控。一方面在对计算参数进行确定时应当考虑各种风力发电机的实际情况，不同的风力发电机在算法的应用方面存在一定的差异性，并且各种类型的算法都涉及多种策略[1]。工作人员应当从风力发电机的实际要求和现状出发对相应的算法进行选择，算法的不同势必会对最终计算结论造成影响，若是能够从根本上保障算法的准确性，便可以在一定程度上促进计算参数监测质量和效率的提升。另一方面，工作人员在运行算法的过程中应当优化选择适合的硬件，其路由算法应当具有较强的稳定性，可以支撑其长时间运行，有充足的硬件条件支持设备完整性的提升。风力发电机需要有着更加齐全的配置，并且能够达到稳定传输的效果，基于相应的计算和输出数据算法提供相应的基本通道。

2.1.2 监测测量参数

工作人员在监测风力发电机测量参数的过程中，应当对其原理和方法进行明确认识，具体需要关注以下三方面。首先，通常情况下来说，风扇的测量参数包括温度、液压、频率、电流以及电压几部分，应当根据实际类型的不同对测量仪器和参数进行选择。其次，工作人员应当针对测量参数的上限以及下线进行确定并展开全方位的分析工作，在这一限度的基础上对合适的范围进行选择。最后，工作人员应当结合各方面条件明确测量值正常和异常值的范围，进而基于具体的测量参数针对性地采取处理措施[2]。

2.1.3 故障诊断分析

工作人员在排除故障的过程中，应当针对设备运行的现有条件，以及其设计的复杂性展开全方位的考虑，进而明确故障产生的具体原因和影响因素，切实保障其诊断结果的精确度。对于风力发电机来说，其在运行过程中涉及多种活动部件，在设计方面呈现出了极大的复杂性，这也导致工作人员往往很难在短时间范围内对故障进行排除。未来需要带来改进以往落后的诊断技术，积极引入新的技术和观念，通过准确诊断故障为后续工作的开展奠定坚实的基础。为了提升风机故障诊断的准确性，工作人员需要第一时间对故障问题进行了解，同时全面分析和计算风机性能参数，例如变形、振动、功率以及温度等，这样便可以提升故障判断的合理性与科学性。

2.1.4 振动分析

振动分析主要指的是在风力发电机组的发电机支架、车架以及变速箱支架等关键部件上对组件的振动传感器进行安装，传感器则可以实现对于主机部件振动情况的有效测量，在处理和分析的基础上都会获取振动反馈，根据反馈对设备中各个组件运行情况进行合理评估，在此基础上探究振动问题产生的实际原因，同时判断设备中有无缺陷。

2.1.5 安全链分析

针对风力发电机组所开展的控制工作，应当重点关注一旦发生事故应当如何暂停。风力本身便有着较强的不可控性以及不稳定性，所以风机有可能会产生风速过大等问题。为此需要构建起专门的系统，以便于在出现危险时及时暂停发电装置，为机组整体完全性的提高提供支持。对于风力发电机组来说，安全链是至关重要的组成部分，同时还是系统保护的关键关卡，其逻辑等级要处在控制系统之上，一旦风险设备产生故障可以为系统的安全运行提供充分的保障。安全链的设计和安装并不会同主控系统相结合，安全链主要由两部分组成，分别为一级和二级安全链，其中一级安全链指的是针对主控系统的安全保护装置，而二级安全链则集中在变桨系统以及风轮上，回路中涉及诸多部件。系统结构如图1所示。

图1 安全链结构

在安全链中多个开关之间实现串联，一旦发电机组产生故障，并对任意开关信号造成触发，便会使得安全链第一时间采取措施，紧急暂停风力发电机组的运行。工作人员需要针对多个动作信号展开相应的监测工作，切忌出现同时对两个故障信号进行处理的现象，所以在检测与信号处理间应当具有相应的逻辑顺序。具体的逻辑监测流程如图2所示。

图2 逻辑监测流程

在正式启动风力发电机组之后便需要针对系统和程序展开初始化工作，同时详细检测存在于安全链上的各种信号，例如应当对急停开关动作展开检测工作，一旦发现其存在异常便需要即刻采取停机措施。若是风速过大，进而出现发电机和叶轮超速运行的问题，工作人员便需要通过液压系统以及控制系统的应用进对风轮采取刹车措施，若是系统均无法运行，便需要对启动刹车进行启动，以达到促使其停转或者是减速的效果。

然后，工作人员便要针对其是否因偏航解缆导致其出现线缆就烂问题进行检测，并通过监测明确变桨系统有无存在大幅振动问题，若是其不存在振动，便需要检测电网电压是否出现跌落。如果相对于额定电压来说，电网电压比其20%低，那么在后备电源电能供应的基础上，系统控制器的应用能够实现离网、制动和停机。工作人员需要全方位检测发电及短路的实际情况。若是在上述的各个环节中存在任何故障，都会导致系统自动启动停机情绪，工作人员需要针对系统故障展开全方位的排查，并针对性地进行解决，并对系统进行再次启动。

2.2 控制措施

2.2.1 加强日常维护

风力发电机的运行不可避免地会产生一定的故障，在故障产生时工作人员应当先对故障记录进行查询，同时对其故障代码展开相应的分析工作，立足于后台分析，在需要的情况下就地进行现场处理，现场处理主要由看、听以及动手操作几方面构成。

其中，“看”主要是观看控制电缆线路的实际情况，观察其当前各元器件是否存在放电痕迹、电缆绝缘层的质量，与此同时还要分析液压站内压力表的运行状况，观察转动部件之间有没有产生磨损问题。“听”则指的是对听控制柜中有无放电情况，一旦其出现了放电的声音，那便代表着其有一定的可能性会出现接触不良的问题，此时工作人员需要重点开展对其的检查工作，在此过程中还需要对轴承以及齿轮箱进行查看，判断其是否存在异常情况，并且还要仔细听取在闸垫和闸盘之间所存在的异常声响。

除此以外，工作人员还需要进行动手操作，主要是对液压系统动作、润滑本的使用情况进行手动操作测试，以判断其合理性，在完成相应的检修工作之后需要妥善清理好现场，将那些存在于接头位置和各个元件处的各种杂物清理干净，以免对后续工作的开展造成影响。

2.2.2 优化故障处理

为了切实保障风力发电机组的持续平稳运行，相关工作人员需要优化进行故障处理工作，以有效应对那些已经产生的故障，避免故障扩大带来难以挽回的损失。在风电场中风力发电机将会展开持续行动的工作，但久而久之势必会导致发电机设备中潜藏着各种故障隐患。以某风力发电厂为例，其所使用的发电机机壳的温度在60℃以上，工作人员通过对其的检查发现，该风力发电机的轴承安装不合理，磁片以及转子轴的安装存在过大的误差，这种故障的产生会导致发电机在运行的过程中出现转子扫膛的问题，便给其轴承偏磨比较严重，同时面临一定的损坏。

此时，风力发电机正处在故障运行的情况下，工作人员先对已经弯曲的转子轴进行更换，并对转子轴的具体安装位置进行校正，优化落实对于轴承间隙的合理条件，针对轴承位置展开全方位的清理工作，在此过程中还要将润滑油加入其中。但在完成上述一系列操作之后，风力发电机的运行依然有着严重的过热问题，工作人员在此针对故障点进行详细检查，最终发现其轴承位置是此次故障的主要来源，所以在完成轴承更换之后故障彻底消失。

2.2.3 落实维护保养

在风力发电机安全控制中，良好的维护保养工作是至关重要的基础，风力发电机不允许出现故障运行的情况，在日常开展运行维护工作的过程中应当充分落实保养工作，以从根本上减少故障隐患产生的可能性，具体包括以下几方面。

一是风电场需要在原有的基础上建立健全维护保养制度，将定期和不定期保养落实实践工作中，对发电机设备故障的产生起到良好的预防作用，在保养过程中需要对存在故障的设备进行及时更换，并对各种重要的零部件进行情绪，根据相关要求对风力发电机展开调整工作。二是应当建立保养档案，将工作时间、修理次数以及运行状态等准确详细地记录在保养档案当中。在实际开展运行维护工作的过程中，工作人员需要从保养档案中所体现的相关信息出发对科学可行的检修计划进行制定，继而为后续检修工作的开展提供方向上的指引，切实保障风力发电机的高质量应用。三是相关工作人员需要展开独立保养工作，在进行风力发电机保养时，应当分别对储能蓄电池以及风机进行采取保养措施，并单独实施相应的规章制度，确保其能够得到坚决执行。

3 结论

综上所述，对于风力发电机组来说，其运行的安全和质量直接影响着风电厂整体的生产安全与质量，强化采取安全控制措施能够在极大程度上提升其运行的稳定性，既能够从源头上采取预防措施减少故障的出现，还能够通过安全链第一时间停机避免故障影响范围扩大造成难以挽回的安全事故。因此，相关研究人员应当加强对其的研究，为风力发电的长效发展创造良好的条件。