风力发电机组故障预警策略探讨

张文博

摘要：风能的开发利用是实现碳峰值和碳中和的重要手段。目前，风力机的安装规模日益扩大，风力机的故障集中在转子、主轴、齿轮箱、发电机、变频器和液压制动系统。有些传动链故障停机时间长，备件采购周期长，需要使用起重机等大型机械设备进行相应的维护，这不仅增加了风电机组的运行维护成本，也影响了风电机组的发电，从而降低了风电机组的经济性。为了降低运行维护成本，提高运行维护效率，风电场运行维护人员开始采用预防性维护策略。通过故障报警，在风机设备尚未发生故障或损坏的前提下进行维护和检查。

关键词：风力发电机组;故障报警;策略分析研究

1风电机组运行故障的主要形式

1.1叶片部件有故障

当叶片长期暴露在空气中时，叶片表面经常出现腐蚀、磨损等问题，导致风机工作效率显著降低，并发生一系列故障。同时，在长期高负荷运行环境下，叶片的性能和质量会不同程度地降低，整体结构容易松动，导致叶片在旋转过程中受力不均，风机设备无法正常运行。对于叶片故障，技术人员应及时关注，并及时修复损坏的叶片和结构，避免后续生产过程中发生更严重的事故。

1.2齿轮箱有故障

通常采用齿轮箱控制主轴左转速度，实现风能向电能的转换，从而有效提高电能质量。齿轮箱故障将直接影响设备的运行。一般来说，齿轮箱长期运行后，由于摩擦时间长，内部温度会急剧升高。在这个过程中，如果不及时进行散热工作，润滑油的作用会严重降低，导致机组的负荷变化和工作转速变化。同时，部分设备内部齿轮箱设计不合理，齿轮承载能力估算不足，导致设备启动后出现故障。此外，在发电机组长期恶劣的环境条件下，变速箱内部不可避免地会出现锈蚀、磨损等一系列问题，这将对风力发电的利用产生负面影响。

1.3电机系统有故障

风力发电机组系统故障主要受系统环境条件的影响。由于作用机理的特殊性，风力发电机组经常暴露在室外，在运行过程中不可避免地会遇到灰尘、雨、雪、风等恶劣天气条件，在长期潮湿的环境中，电机系统容易发生机械短路、轴承磨损和过热故障。同时，系统轴承磨损严重，内部温度过高，也会在一定程度上导致设备故障停机。电机系统的稳定性将对整个风力发电机组的效率和电能质量产生决定性影响。

2风力机故障预测技术

2.1机组机械系统故障预测技术

如果机组中的机械系统发生故障，会影响整个机组的运行，甚至造成停机，不仅影响发电效果，还会形成大量的维修费用，严重影响工作效率和经济效益。较为常见的机械结构有轴承结构、齿轮箱和叶片等，由于日负压大、工作环境差等原因，此类装置容易发生故障。因此，在故障预测中应更多地关注此类设备。在具体的预测中，可以从以下几个方面入手：首先，利用隐马尔可夫模型和半隐马尔可夫模型对动态部件的运行状态进行分析，从而推断轴承的退化状态，判断轴承的寿命。该方法在实际应用中效果良好，预测效果最好。例如，一些学者利用离散观测序列提取隐半MSRkov链，并在此基础上利用转台转移矩阵预测故障。Dong使用HMM准确预测泵的寿命。Bechhoefer使用改进的HMM预测旋转轴。曾庆虎借助离散HSMM建立了轴承退化模型，各种研究结果表明了该理论和模型预测的可行性。其次，通过伽马过程分析设备的运行数据，可以得到设备使用寿命的概率分布，并根据数据密度判断具体的使用寿命。第三，可以通过相位的平均根值计算设备的性能和使用状态。利用麦克风多点监测的方法可以分析设备的噪声状态，利用小波分析方法提取设备故障数据进行故障诊断。因此，机械系统的故障预测需要依靠不同的计算模型对设备数据进行分析，通过模型和数据分布找到性能退化或寿命的信息点，从而达到故障预测的目的。

2.2机组电子系统故障预测技术

近年来，风力发电越来越受到人们的重视，其故障诊断和预测也越来越深入。电子系统故障在检修、预测中是一个重要环节，虽然不能形成大面积停机，而且维护成本较低，但故障次数越多会增加维护难度，且系统故障时间短，如果仍有可能造成故障系统瘫痪，增加故障检测的难度。在实际的预测工作中，可以进行以下几个方面的工作：第一，系统植入。在系统建设和运行之初，应该对系统进行优化，并将其植入自主维护系统中，使其能够独立地检测、检查、隔离和修复故障，减少预测负担。二是保护职能的确立。与植入类似，系统建设中应增加保护功能模块。当发现故障时，可以启用保护模式，相关技术人员也可以启用此功能。第三，数据的实时监控。为了对电子系统进行监控，可以适当增加报警功能，当遇到重大故障时，可以向相关技术人员发出警告，并通过数据显示问题的位置，及时解决问题。第四，建立压力或疲劳模型。利用该模型对故障状态和程度进行了预测。

3风电机组故障排除措施

风机故障的解决措施一般是基于产生机理和原因，建议在风机日常维护中加强对发电机、驱动轴和齿轮箱的检查。通过“听、摸、看”，針具可以检测发电机和齿轮箱是否卡住，是否有噪音，操作是否顺畅。还可以通过振动监测收集数据进行数据分析;用温度计测量温度，也可以用手触摸轴承外壳温度，检查其是否在可控范围技术规范的数值要求内;检查润滑油油位的高度、颜色和粘度，检查加油记录时间、油品、加油量以及各设备轴承油的类型和规格是否正确。当发生故障时，首先根据故障信息和监控系统的操作说明定位故障点，停机进行维修。为了快速重启风力发电设备，建议在故障点更换设备。每个风场应储存多个易损件和易耗件备份。对于无法更换的大型设备，应迅速组织人力物力，及时制定应急维修保养计划。故障排除后，将故障点、故障排除方法、原因整理成文件，供类似故障发生时参考。

4结论

风电机组故障诊断技术可以有效缩短故障诊断时间，提高故障诊断的准确性。风电机组故障诊断措施的有效实施，不仅可以为风电系统监控系统提供更完善的质量，也可以为风能开发布局、区域机组选型提供指导，为高效的能源转换、后期维护提供指导，提供设备技术更新，为产品的现场升级提供建设性建议。

参考文献

[1]毛小丽.风力发电机组故障特征分析与诊断方法研究[D].华北电力大学，2017.