风力发电机组电气与控制系统快速检修要点分析

国华（江苏）风电有限公司 周晓东

对于风力发电技术来说，安全稳定的电气控制系统是确保其长期稳定运行的重要基础。在具体的运行过程中，整个风力发电机组控制系统质量较好，但由于执行过程中常会出现问题且维修非常困难，会影响控制系统作用的发挥，导致产生不必要的损失。所以务必需保障风力发电机组运行的安全性和可靠性，若发现问题需采取有效措施及时处理和解决，保障风力发电机组正常工作。

1 风电机组电气与控制系统检修总框架

风电机组的控制系统就像人类的神经与大脑，要充分了解和科学控制系统中的全部设备，才能实现系统正常运转的效果。风力发电机组电气与控制系统是由专用模块构成，模块具有通信的作用，通常包括安全链、PLC通讯、数字输入DI/输出DO等。其传输原理主要是在固定的通信协议下，根据主机的命令及设备的状况来进行传输，电气设备也可按照规定的状态来进行运行。

在风电机组的控制系统中，起到维护机组安全运转的关键回路是安全链回路，这个回路是将可能对风力机组造成严重损害的故障节点串联，若某个节点出现断开现象，相应的安全链就会传输紧急停机的指令，这时风电机组立即停机，从而避免事故发生[1]。在风电机组出现故障情况下，现阶段使用的当场检验方式通常情况下都没办法在根本上处理问题，尤其是对新员工来说，缺乏检查系统设备的经验，对机械设备的了解也不够充分，对设备整体缺乏全面而综合的认识。通常在故障列表中可较直观的发现故障次序，且数量大约5～10条。这对新员工在一定程度上增加了判断主故障的难度，所以应在实际运作过程中对检修技术进行全面认识和掌握，不断总结检修思路，填充自己的检修经验。

2 风力发电机组电气与控制系统的运行情况分析

风力发电机组在运行过程中，检修人员需将相应的巡检、定期维护工作落实到位，及时发现机组缺陷和隐患并进行整治。实际运行过程中需利用主动或被动的方法科学合理控制机组运行，保障风机各系统参数在合理区域内运行。

在控制和维护风力发电机组过程中，需坚持“无效—维修”的原则，如果是外在与内在要素阻碍了机组的运转，就表示系统管制无效，就要充分调动体系中的安全维护措施，保障风力发电机组的稳定性。若风力发电机组在运行的过程中电机过载造成脱网等故障，需及时采取措施维护，其中涉及到了多层级的安全链，在管制的过程中需遵循有关的逻辑顺序。

风力发电机组的状态有运行、暂停、停机和紧急停机，这些运行状态各不相同且都有自己的特点。其不同的就是运行状态属于行动类型，是最高的运行状态（图1），在风力发电机组运行形态时，需严格按照步骤进行操作，逐层进行完善和改变，防止发生越级的情况，这不但与风力发电机组的控制息息相关，同时也与风力发电机组的正常运作有着密切的联系。如想拔高风力发电机组运作形态，需逐级向上实施，在风力发电机组运转过程中，对风力发电机组存在的问题进行全面而系统的检查，若发生异常现象应停机或紧急停机[2]。

图1 运行形态转化图

3 风电机组电气与控制系统快速检修思路分析

3.1 系统检查PLC主机

风力发电机组的电气控制核心就是PLC主机，在对其进行系统检查时，首先需对其完整性进行验证：先检查PLC的操作界面，根据已有版本信息来确定PLC系统工作状态，如符合正常状况且没有出现死机的状况，就可进行验证；还需对PLC主机的超热状况进行全面勘察，如PLC运行的温度与正常温度比较来说更高，则表明其存在故障，反之则没有出现故障。近年来，随着自动化系统发展，如果风机转动值超出规定角度电气控制系统自动解绑是最为理想的状态。

3.2 检查通讯模块

在完成相应的检查工作后，还需对PLC系统的通讯功能进行进一步的确定。如是由于PLC通讯功能出现问题，就无法获取整个设备的状态情况，不利于检修工作的开展。因此需对其进行全面检查，这时相关人员无法真正确定整个系统设备的运行状况，很容易导致后续维修工作出现问题。因此：在进行检查前需对整个通讯系统的电源进行确认，确认其电源模块是否还能够正常工作；在检查完后需对通讯模块的线路及一些部位的接头状况进行检查，确保整个电路的线路接头及接线都是正常的；在完成对通讯光纤的检查后需对信号的强度进行确认。在完成上述的检修工作后需对安全链实施相应的检查和检修工作。

3.3 检验安全链

在对安全链回路进行检查过程中，需根据风电机组实际状况来进行确认。如在实际检修过程中发现安全链的回路并没有闭合，那么后续的机组就无法正常工作：在检查开始前，需判断安全链系统的工作状况是否正常，如其内部存在较严重的损耗，就需立即对安全链回路硬件进行检查更换，如发现安全链的软件丢失，需重新下载或是重新安装新的程序软件；在将所有故障排除后，再根据电路的运行状况来检测各个连接点的性能，是否能正常运转；在对故障原因进行检查时，需根据信号传输过程中遇到的干扰或其他问题进行分析，而不是真正发生了危险事故。但并不排除有的是因设施运转形态实现导致的安全预警。此外，所有安全链回路通路且状态显示正常后，主控系统正常运行后就可对各项子体系进行检验，从而继续故障排查工作。

3.4 各个子系统设备检验

3.4.1 风电机组子系统的检查

液压系统。当液压系统油位及齿轮箱油位偏低时，需检查液压系统及齿轮箱有无泄漏现象发生。如发现有漏油情况，需根据实际情况补加油液恢复到正常油位，在必要时应检查油位传感器的工作是否正常。在液压控制系统压力异常而自动停机时，应检查油泵工作是否正常，如油压异常则应检查油泵电机、液压管路、油压缸及有关阀体和压力开关，必要时应进一步检查液压泵本体工作是否正常。

偏航系统。需定期检查偏航齿圈传动齿轮的啮合间隙及齿面的润滑情况来判断减速器内部有无损坏，同时还需检查偏航减速器润滑油油色及油位是否正常。如因偏航系统故障而造成停机时，需检查偏航系统电气回路、偏航电机、偏航减速器以及偏航计数器和扭缆传感器的工作是否正常。如因扭缆传感器故障致使风力发电机组不能自动解缆的也应予以检查处理，直到所有的故障排除后再恢复启动发电机组。

3.4.2 控制回路的检查

测量功能回路。系统可把压力、温度、风向、风力等多种类型传感器的信号根据特定的范围内电压信号来进行转换，对于PLC卡件的测定及实际的设备运行的判断都能提供方便。一般传感器的电压较低、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。在进行检修过程中，需对电流传感器回路中的分压电阻进行全面检查，确保分压电阻安装的精确性[3]。

控制功能回路。控制功能主要是通过PLC来发出控制信号，再通过弱电及接触器的吸合与断开来判断，这个过程中对于控制电源的接通与断开来说，能实现电气设备的自动化控制控制功能。比较普遍的接触器故障种类有电磁线圈失效、触头粘连等，出现这些问题会使得电气设备失控，或是设备运行的参数超出正常区间，在被测量信号检测出异常的情况下才会发出故障报警。

反馈功能回路。主要是对过电流进行保护或是保护接触开关，并对设备的实际运行状况进行全面的监测与管理，判断设备运行是否存在接地或者过流的现象，通常情况下PLC数字输入信号都会常开或者常闭，这种情况下就可使用监控设备来对其进行判断。DI模块中使用的是10V与24V的直流电压、不是380V的动力电压，若出现空开跳开的情况，连接着辅助开关也会断开，接着PLC的DI模块也会出现相应反应，PLC模块捕捉到这些异常的信息就会马上发出故障报警。

如，风电机组电气与控制系统出现风机故障，PLC安全链反馈急停，在PLC未检测变流器自身故障的情况下，安全链状态反馈触点断开且持续时间4ms以上作为故障触发的条件。若在复位过程中安全继电器的4个指示灯始终不亮，需对主控、变流急停按钮进行检查，确定是否为旋起状态，然后按照电气原理图对安全链回路进行检查，确保其供电正常，最后检查是否是由主控柜安全继电器本身是否损坏而导致触点无法正常动作。风电机组在发生故障时，需对故障进行全面检查，如检修方式不完善就会在很大程度上增加检修工作量，与此同时，在检修的过程中需更换许多内部部件，这样进行一次检修工作会消耗大量时间，甚至会导致故障扩大，因此正常情况下需根据实际状况来确定检修方式。如，风电机组的所有螺栓没有生锈的情况，如这些螺栓出现松动会引发故障，而出现这些故障需及时采取有效措施进行检修并找出故障的原因。

常见的故障、故障产生机理及解决措施如下：

控制柜温度过高。当机舱三个控制柜中任何一个温度超过65℃时，产生故障代码：检查机舱控制柜温度是否有大于65℃的；机舱控制柜测温PT及接线是否正常；检查水冷系统是否正常；检查机舱控制柜内加热器是否一直工作，若是，检查温控开关及调节值是否正常（机舱控制柜内温控开关设定值在5～10℃为宜，太低对电气元件工作不利，送电瞬间易烧坏电源等）；检查柜内风扇工作是否正常；检查柜内温控开关设定值及工作是否正常。

刹车泵断路器工作状态无反馈。当刹车泵断路器断开或IO口保护熔断器熔断时，数字输入模块检测口无反馈，故障代码产生：检查制动泵电机空开是否跳闸，如跳闸、检查空开下端是否存在接地点（如接触器损坏、线路接地、短路、制动泵电机损坏等）；检查制动泵电机保护空开反馈是否正常，线路是否松动。

齿轮箱轴承温度过高。当齿轮箱轴承温度高于95℃时故障代码产生：检查油冷风扇电机是否接在高速侧，风扇转向是否正确（正常是往外抽风）；检查油温PT100接线是否松动，测出的温度与实际温度是否相符；测量油温PT100阻值，0度时电阻为100欧左右，温度每上升1度电阻值上升0.39欧；如果PT100损坏，改接到备用PT100，如果备用PT也损坏更换PT；检查油冷部分，包括油冷风扇/管路/散热片，可通过手动启动风扇的方法判断其是否运行，手摸油管判断油是否流经散热片，如果油没有流经大循环，散热片接入油管温度会不高，可能是油冷泵的温控阀损坏，需更换油冷泵；如果油压很低，检查油过滤器滤芯是否有问题。

齿轮箱油冷泵高速模式断路器工作状态无反馈。当齿轮箱油冷泵高速模式断路器断开或IO口保护熔断器熔断时，数字输入模块检测口无反馈，故障代码产生：检查高速泵电机空开是否跳闸；如果空开跳闸，检查空开下端是否存在接地点，检查油泵电机是否损坏、运行时是否有异常噪音；检查空开调节值是否正确；如空开未跳开检查空开辅助触点反馈是否正常。

总之，基础故障诊断技术与其他技术的融合发展也是不断在推动风电机组的完善，提高故障诊断精确性是非常有必要的，对于风力发电机组的系统性控制来说，在实际检修过程中须具备较为成熟的检修技术，需按照系统设计的标准规范及操作要求检修风力发电机组电气与控制系统，优化风力发电机组电气控制系统的运行效果，最大限度的减小机组出现故障的概率，保障机组运行的安全性和稳定性。