摘要：在风电场的运行中，设备的使用和维护成本占据较大比例，其对风电场的经济效益产生了直观的影响，因此做好设备检修工作，防范设备故障的发生，同时对故障范围进行有效的控制，防止经济损失的进一步扩大，一直以来都是风电场运营管理的重中之重。本文将对风力发电机故障原因加以探讨和分析，并论述几种常见故障类型的处理方法，以期全面提高故障检修效率，促使风力发电机尽快恢复到正常状态，从而保证电力生产的安全性和稳定性。
关键词：风力发电机；故障检修；处理方法
引言：现阶段，风力发电已经成为了一种重要的发电方式，既缓解了当前紧张的能源形势，又不会对生态环境产生污染和破坏，是可持续发展理念的有力举措，在我国的大部分地区都得到了推广应用。但是风力发电对环境和设备有着较强的依赖性，风力发电机长期暴露于露天环境下，发生故障的概率较高，如不能及时进行处理，将会严重影响到电力生产的持续性和稳定性。在此情况下，了解风力发电机的故障类型和诱发原因，采取行之有效的措施予以解决，也就变得尤为重要。
一、风力发电机概述
1、风能及风力发电的现状
目前，全球的风能资源总量约有2.7×109MW，其中能够被利用的风能大约有2×109MW，而中国的风能资源占据了全球第三的位置。一般情况下，风能资源的利用方式大多为风力发电，其在世界经济进步、科学技术发展的时代背景下已经跃然成为了增速最快的发电技术了，相应的风电整机容量也在不断得扩大。据近几年的相关数据统计，2010年时，世界的风力发电量占全球的电力消费的2.5%左右，2012年时，全球的新增装机容量已经达到了44711MW，总装机容量如预期般地超过了2.83×109MW，据专家预测，到了2020年时，风力发电大约能够提供增速为7.7%~8.3%的风力。
2、风力发电机的构造及工作原理
风力发电机是风能转化为电能的最基本可利用工具，主要由限速安全机构、叶轮、尾翼的调向器、储能装置、包括装置在内的发电机、塔架、传动装置（如齿轮箱、制动器、低速或高速轴等）、刹车系统、偏航系统、控制系统等部件构成；其工作的原理为叶轮在风力作用下，把风的动能转化为叶轮轴的机械能，再由叶轮轴带动发电机进行发电。这整个过程都较为简单，主要运用到了空气动力学的原理，即风在吹过叶轮时在叶片的正反两面形成了压力差而产生升力，从而让叶轮不停旋转的同时还能连续性地横切风流，从而得到了转化后的机械能。
3、故障原因分析
风力发电机是一种能量转换装置，能够将风能先转变为机械能，再通过发电装置转化为电能。而在地面受到建筑物的遮挡，会影响到风能的传递，这就要求风力发电机设置在距离地面数十米的高空中，确保风力发电机的叶片与风充分接触，才能提高风能的利用率。然而这种设计形式也具有一定的弊端，使得风力发电机的受力情况变得愈发复杂，不同气候环境、不同时刻的风速情况有所差异，造成了叶片受力的不断变化，同时叶片作为传导部件，还会将受到的冲击力传递给风力发电机的其他结构，首当其冲的就是主轴、齿轮箱和发电机，这些都是风力发电系统的重要环节，也是最容易出现故障的部件。
二、风力发电机的定期检修
当风力发电机投入使用一个阶段后，为保证风力发电机能够保持安全稳定的运行状态，应当定期开展检修工作。具体检修工作实施中，需要做好以下几方面的工作：首先，对螺栓力矩以及电气连接情况加以检测，保证各个连接点之间维持良好的连接状态，同时做好传送带等部分的润滑处理，随后，需要针对风力发电机运行重点功能部分展开测试。如果风力发电机运行时间过长，那么其螺栓很可能会出现松动情况，同时由于风力发电机是在长期震动的条件下运行的，为此，螺栓松动情况很可能会发生。如若发生了螺栓松动情况，那么其所承受的力就会不均匀，这种情况下很容易被剪切。所以，在开展日常检修工作中，要求认真检测螺栓力矩，查看螺栓有无松动情况，及时发现及时处理。在实际处理期间，若是风力发电机所处环境温度低于-5℃，则应当下调螺栓力矩，下降幅度为标准力矩的80%为宜，进而更加便于固定。另外，应当保证检测过程中周围温度在5℃以上。具体检修工作中，通常会在夏季阶段对螺栓松动状态进行检修，同时要在无风或是微风的条件下检修，防止高风力季节无法实现对风力资源的有效利用。在对传送带与有关部件采取润滑处理过程中，需要选择合适的润滑方法，要了解到不同部件所需采用的润滑方法存在较大差别。齿轮箱和偏航减速齿轮箱通常会利用稀油润滑的方式，而轴承盒偏航齿轮等部件则会利用干油润滑的方式。若是稀油润滑，则应当保证润滑油数量充足，润滑油不足时需要立即补充，但若是润滑油过期，那么应当及时更换。对于干油润滑的部件来说，通常它们都处于一种高温的工作环境下，很容易因为温度过高对零部件造成损害，降低了零部件的使用寿命。在对轴承和偏航齿轮等使用干油润滑的部件，不应补加过多的润滑油，一定要严格按照补加标准进行添加，避免由于润滑油过多而烧坏电机。
三、风力发电机常见故障及处理方法
（1）当故障表现为风轮转动时发出异常声响时，故障原因可能为叶片开裂、机舱罩松动或松动后碰到转动件；风轮轴承座松动或轴承损坏；增速器或齿轮箱轴承松动或损坏；制动器、发电机、联轴器松动或损坏。
处理方法：检查叶片是否有开裂；对机舱罩的螺栓进行紧固处理；重新调整风轮轴和增速器的同轴度，并紧固固定螺栓；当轴承已经损坏时，则应更换轴承，并对轴承底座进行重新安装；更换轴承及油封后，将增速器重新安装；重新固定制动器及调整刹车片间隙。调整发电机的同轴度并将紧固螺栓紧固牢靠。若联轴器损坏则需更换联轴器。
（2）风度达到额定风速以上，但风轮达不到额定转速，发电机不能输出额定电压时，故障原因可能为：风向标不对风；发电机转子和定子接触摩擦；增速器轴承或风轮轴承损坏；刹车片回位弹簧失效致使刹车片半制动状态；微机调速失灵；变桨距轴承损坏；变桨距同步器损坏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
处理方法：调整或更换风向标使之正对风向；检查驱动系统卡滞的位置，采取相应的措施消除卡滞现象；若由于液压驱动变桨距的油缸堵塞不通或漏油，更换油缸或解决漏油；若发电机轴承已经损坏，直接更换；发电机轴承弯曲，拆下转子进行校直或更换；更换弹簧，将刹车片间隙调整到合适距离；检查微机输出信号，排除控制系统故障；检查更换速度传感器；更换轴承；更换或修理变桨距同步器。
（3）调向不灵或不能调向，常见原因为：偏航刹车片阻尼太大；调向电机失控或带病运转或其轴承坏；风速计或测速发电机有误；微机指令有误，调向失灵。
处理方法：调整偏航刹车液压系统压力，使之符合运行要求；更换已坏的启动调向电机电控设备或电机轴承；对于调向电机定子部分的线路问题，需要检查，重新布线，避免短路或断路的情况发生；更坏已坏的风向标；清洗转盘轴承的尘土和油渍，更换油封；转盘轴承坏掉的，进行一次彻底检修并更换所有轴承及润滑油；查看偏航控制模块、程序是否正常，已经损坏的，及时更换，修改有误的程序。
（4）若风轮转动但发电机不能正常发电时，故障原因可能为：发电机励磁路未连通，电刷与滑环连接处出现故障或碳刷被烧坏断路；励磁绕组线断开、发电机无剩磁、晶闸管不能正常工作、励磁发电机转子绕组线路出现断路或短路、以及其他线路部分的断路或断路，如发电机定子绕组线、直流发电机转子绕组线和定子，转子输出线等。
处理方法：停机捡修，励磁回路断线或接触不良，查出接好；有刷励磁应检查电刷、滑环，接触不良应调整刷握弹簧；刷表面烧坏应更换，对滑环表面应清洗、磨圆；找出重新接好；检查修理触发线路；更换击穿、断路晶闸管；重新用直流电源励磁，待发电机正常发电再切除直流电源；拆下发电机，再从发电机上拆下励磁机修理好再安装上；拆下发电机，重新下定子绕组，重新安装发电机；更换新发电机或修理转子，重新下线、焊接铜头（换向器）；检查，排除，重新更换线圈。
（5）发电机电压不稳，可能原因为：电网电压不稳定，发电机励磁电流异常，电刷接触不良，发电机输出线没有连接好，集电环和碳刷损坏。
处理方法：出现电网电压不稳时，应及时汇报电网调度并按调度要求进行操作；检查变频器输出励磁电流是否正常，修复变频器程序异常或更换变频器内IGBT模块；电刷跳动可更换弹簧，拧紧螺栓，或者更换已磨损电刷；检查碳刷是否正常，调整碳刷位置，若磨损则需更换。
（6）变桨距风力发电机桨叶不能收回，可能原因为：变桨驱动电机损坏；变桨控制系统异常；变桨传动系统异常。
处理方法：检查变桨驱动电机供电电压是否正常，更换损坏的供电组件，若变桨电机损坏则进行更换；检查变桨系统控制模块电压及信号是否正常，更换损坏的控制模块；检查变桨系统传动齿轮、变桨轴承是否磨损，更换损坏的变桨传动链零部件。
（7）发电机过热原因：负载太重；发电机轴承损坏或磨损严重，定子碰到转子；散热不良。
处理方法：减轻负荷；更换轴承，重新安装发电机；冷却空气不流通，清洗通风管道。
（8）发电机机舱振动原因：风轮轴承座松动；可变桨距轴承损坏；转盘上推轴承间隙太大。
处理方法：停机检查，拧紧风轮轴承座固定螺栓；更换变桨轴承；调整转盘上推轴承间隙使之减小，消除振动。
（9）塔架振动或频繁晃动的原因：塔架基础地脚螺母松动。
处理方法：利用液压扳手紧固塔筒螺栓，使螺栓力矩达到运行标准。
四、风力发电机故障检修中需考虑的几个问题
在制定风力发电机的故障检修策略时，应将故障检修、改进性检修和预防性检修紧密结合到一起，这几种检修方式有着不同的作用，唯有将其落到实处才能保证检修的实效性。故障检修是在发生故障以后才进行检修，维修时间长、成本高，通常情况下不予采取；改进性检修是将风力发电机的一些缺陷性设计进行改进，可以大大降低设备故障率；预防性检修是在一定周期内定期开展对风力发电机部件外观、性能的检测，可以使风力发电机保持良好的运行状态，将故障隐患扼杀在萌芽之中，值得广泛应用。在检修过程中还应注意的是要详细记录检修日志，这将作为日后相关工作开展的主要依据。
五、远程故障排除
对于风力发电机组来说，很多故障都可以通过远程复位控制来解决，还可以利用自动复位控制的方法排除相关故障。风力发电机能否顺利运行不仅与内部的零部件质量有关，还与电网质量有非常紧密的联系。因此，为了发挥多种保障的作用，可以对风力发电机组进行双向保护，有效消除故障发生的问题。由于风能资源具有不稳定性，在风速与风向方面难以控制，为此，应当通过自动复位控制，对风速的虽大值和运行温度最大值进行自动复位。例如，可以对发电机组温度进行自动复位，也可以对齿轮箱和工作环境的温度进行自动复位。在实际的运行过程中，风力发电机组经常会处于一种超负荷的状态下，此时可以对其进行自动复位处理。除了前文提到的自动控制复位故障，以下几个方面的原因也容易引起远程故障复位：第一，风力控制发电器误报；第二，检测感应器误操作；第三，风力发电机的运行不可靠，或者控制系统的运行出现故障。
结语：风力发电机的故障类型较多，对于不同的故障应采用与之相应的处理方法，还要做好检修工作，将故障检修、改进性检修和预防性检修贯彻落实，以强化和提高检修效果。因为风力发电机的故障率与使用环境、人员素质、维护保养等因素密切相关，所以需要进行大量的统计与分析工作，才能较为科学合理地制定出维修策略，保证维修工作的规范化开展。
参考文献：
[1]刘井峰.风力发电机组的检修策略研究[J].科技展望.2015（23）
[2]孟惠，石敏.风力发电机组的故障处理和运维措施[J].黑龙江科技信息.2014（10）
[3] 张新燕，何山，张晓波，周培毅，王维庆.风力发电机组主要部件故障诊断研究[J].新疆大学学报（自然科学版）.2009（02）
[4]呼和，郭继旺.风力发电机故障检修与处理[J].科技风.2015（11）
论文作者:董文鑫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/25
标签：发电机论文; 轴承论文; 风力发电机论文; 螺栓论文; 故障论文; 齿轮箱论文; 风能论文; 《电力设备》2018年第3期论文;