摘 要：风能，作为当前一种清洁、可再生能源，已成为人们解决能源缺乏问题不可或缺的力量。针对陆上风电场的维斯塔斯V802.0MWMK7双馈异步风力发电机频报轮毂漏油故障的现象，认真研究该机型的电动变桨系统，制定可行可靠的技改方案，通过此项技改大大降低电动变桨系统的故障率，有力地保证风电场的发电量。
关键词：风力发电机；电动变桨系统；轮毂漏油技改
引 言：风力发电是有效利用风能的最主要形式，对于一些风电设备安装在高山和海边等比较恶劣的环境中，风力发电系统运行十分复杂，当系统出现参数不确定时，对系统的控制将更加复杂。因此，对风机可能产生的故障进行快速有效地估计，确保风力发电系统能安全可靠地运行具有重要意义。在运行一段时间后，电动变桨系统会频报轮毂漏油故障，在盛风期间，检修人员无法进入轮毂对集油缸进行排油，轮毂漏油故障无法消除，容易造成风机长时间停机，严重影响整个风电场的发电量。
1 概况
某风电场是某风力发电有限责任公司的一个主力风电场。该风电场始建于90年代，是最早开发建设的并网型风力发电场之一。目前运营两座变电站，装机容量239MW，12种机型，216台风电机，年发电量约4亿千瓦时。110KV变电站于1996年10月投运，装机台数96台，装机容量72.5MW，共九种机型：麦康M1500/600KW42台；麦康N52-900KW12台；麦康NM48-600KW1台；美国Z40-550KW10台；荷兰V42-600KW9台；德国N43-600KW9台；美国GE1500KW10台；中国万电600KW1台；海装2000KW2台。220KV变电站于2007年10月投运，装机台数120台，装机容量166.5MW，共四种机型：华锐FL1500KW27台；海装2000KW12台；瑞能2000KW1台；苏司兰1250KW80台。
2 风电机组变桨系统概述
2.1 风力发电机概述
风力发电机是将风能通过电力设备的运转转变为机械能的设备，在当前社会和经济领域得到广泛应用。从当前我国的风力发电机的发展情况来看，为了适应社会经济可持续发展的需要，在风力发电的建设规模上，不断地进行风力发电的技术研究，就如何进行电能转换，经过理论界和实际运用的验证，得到了大量的研究成果。在对故障问题和发生原因进行分析的过程中，得到了相应的技术手段以及故障处理的策略。风力发电机采用机械功带动转子旋转的原理，是一种交流电的转换中将风能转换为机械功的电力设备。风力发电机一般包括了塔架风轮发电机调相器储能装置等构件，其工作原理相对简单，当风能以太阳为热源传送到地面的时候，风轮在风力的作用下，能够通过旋转将动能转化为机械能[1]。这是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电设备。当前由于能源紧张，人们对于矿物能源的供应不稳定有了深切的认识，开始寻求清洁的可再生能源过程中，于是发现了风能就是一种非常好的无污染的自然资源。
2.2 变桨系统概述
电动变桨系统故障在风电机组的运行故障中发生率较高，风电机组变桨系统故障主要有传感器故障、齿轮箱故障及轴承故障等，传感器是变桨系统中最基本的元件，也是最容易发生故障的。如果故障传感器的输出信号被用于系统控制器的输入，将会对闭环反馈控制产生影响，使风力发电系统输出异常，导致系统性能降低。电动变桨系统能否稳定运行，在很大程度上会受到风速的影响，当风速发生改变时，桨距角传感器根据风速的变化，可以实时将桨距角变化的信息传递给控制器，由控制器及时地发出改变桨距角的指令信息，并通过执行机构迅速动作，调整桨距角，来保证风机的稳定运行。因此，对系统中传感器单元进行实时故障检测显得尤为重要。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆风机的每个叶片各配有1个变桨系统和1个相应的分配管组，分配管组把油提供给变桨系统，电动变桨系统和分配管组位于轮毂里。分配管组通过主轴腔中的压力管和回油管与齿轮箱后面的旋转接头连接[2]。每个变桨系统可以将相应叶片变桨到-5°至+90°范围内任意位置。在服务模式下可以分别运行各个变桨系统。正常运行时，各个系统可作为整体同步响应共同的参考变桨角[3]。
2.3 风电机组变桨系统故障诊断框架
主要包括以下几个步骤：①采集数据。采集风电机组变桨系统不同故障模式下ＳＣＡＤＡ系统监测的运行数据，并与正常运行数据构建风电机组变桨系统故障数据集。②数据预处理。神经网络模型训练必须对原始数据进行归一化处理，加速网络训练速度，同时避免不同数量级特征带来的数值问题。③划分为训练集和测试集。将上述变桨系统故障数据集以７：３比例随机划分为训练集和测试集，分别用于训练ＤＢＮ模型和测试故障分类效果。④训练ＤＢＮ。ＤＢＮ训练过程包括两部分，无监督的逐层贪婪训练和有监督的微调。利用训练数据集，先对由多个ＲＢＭ堆叠而成的深层网络进行无监督训练，逐层提取特征。再通过在深度置信网络顶层增添标签数据，对网络进行有监督训练，即使用ＢＰ算法对网络所有层参数进行更新。故障诊断。输人测试数据集，利用训练好的ＤＢＮ进行故障分类。
3 轮毂漏油报警
风机每个叶片都有一个电动变桨缸，叶片在变桨时，变桨缸上的渗油口会渗出少量的油（不影响变桨缸正常工作），这些油通过1根塑料软管，排入集油缸。当集油缸内的油位到达设定的报警值时，集油缸内的油位传感器被触发，风机发出轮毂漏油故障警报：216：OilleakageinHub，风机停机。
4 风力发电机变桨系统轮毂漏油技改
4.1 技改方案
经过与风机厂家工程师的反复讨论、研究，制定了轮毂漏油技改方案：将变桨缸渗油口接到集油缸的塑料软管拆除，在变桨缸的回油管上安装1个三通阀块，将渗油口通过1根小油管接到三通阀块上，让变桨缸上渗出的液压油通过回油管流回液压站油箱[4]。对比技改前后的变桨缸轮毂漏油油路实物图，可以看出：技改后的轮毂漏油油路比技改前的更加简单，所使用的技改材料仅为1个三通阀和1根小油管，技改成本低廉。
4.2 技改效果
所在风电场选取#39风机作为轮毂漏油技改的样机。未技改前，该风机分别在2018-07-25、2018-09-15这2天，报过2次216：OilleakageinHub轮毂漏油故障警报；2018-09-17对该台风机进行轮毂漏油技改后，该台风机再未出现轮毂漏油故障。经过几个月的实际检验，#39风机轮毂漏油技改取得显著成效，风机轮毂漏油故障被彻底解决。
结束语：
通过轮毂漏油技改，风机因轮毂漏油所造成的发电损失被彻底消除。而后，又对风电场剩余的47台风机全部实行轮毂漏油技改。此项技改工作，预计每年将为公司减少因轮毂漏油造成的故障损失电量50万kWh，大大提升了风机的发电效率，有力地保证了风电场的发电量。
参考文献：
[1]程厚淳.海上风力发电机变桨系统超级电容的容量检测方法研究[J].中国设备工程,2018(16):67-68.
[2]李涛,何俊昌.海上风力发电机组变桨系统建模与仿真[J].低碳世界,2017(27):45-46.
[3]袁艳芳,张曦,张京军,高瑞贞.风力发电机变桨系统非线性自适应鲁棒控制[J].水力发电,2016,42(09):104-107.
[4]李洪生.兆瓦级风力发电机组变桨系统分析[J].一重技术,2014(01):23-26.
论文作者:武利敏
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第7期
论文发表时间:2019/8/27
标签：轮毂论文; 漏油论文; 技改论文; 系统论文; 风机论文; 故障论文; 风力发电论文; 《当代电力文化》2019年第7期论文;