摘要：随着我国风电产业的飞速发展，如何保证风力发电机组最大化利用风力资源、最大化创造价值，是我们目前面临的一个重要课题。本文通过对风力发电机组运行数据统计分析，找出差异，经过分析、判定问题根源并制定了解决方案，最终解决了问题，经过检验达到了预期效果，并为类似问题的预控提出了自己的看法。
关键词：平衡度检测；叶片校准；限位挡块
前言
我们都知道，叶轮是风力发电机组的重要组成部分，如果没有叶轮就无法吸收风能，更谈不上风力发电。在变速恒频的双馈风力发电机组中，通过变桨系统控制叶片角度来实现最大化吸收风能进而转化为电能，如果风机运行过程中叶片角度存在问题，将不仅不能给我们带来最大化的效益而且也会为机组安全运行带来较大的安全隐患。
一、风电场介绍
笔者所在风电场地处青藏高原，海拔3200米左右，风电场I期装机容量为49.5MW，共有机组29台，其中12台2MW、17台1.5MW，均为双馈机组。
二、存在问题
通过对2017年1-5月风机发电量数据统计分析发现，在平均风速基本一致的情况下，12台机组内10#风机发电量最低为157.7752万千瓦时，较相邻机组11#风机发电量167.6934万千瓦时低9.9182万千瓦时，低幅达5.91%。
图1：2017年1-5月各风机发电量对比图
三、原因分析
1、实际功率对比分析
通过对2017年1-5月10#、11#风机各风速段的实际功率进行对比分析发现，10#风机各风速段的平均功率为1211.4kW，较相邻机组11#风机的平均功率1384.2kW低172.8kW，低幅达12.5%，10#风机实际功率曲线明显低于11#风机，尤其在4-14m/s风速区间更为明显。
图2：2017年1-5月10#、11#风机实际功率曲线对比图
2、振动数据对比分析
通过对2017年1-5月10#、11#风机机舱振动值对比分析发现，10#风机机舱振动值无论是X值还是Y值均大于11#风机，尤其在12-19m/s风速区间更为明显。10#风机机舱振动X、Y平均值为0.0078g、0.0096g较11#风机机舱振动X、Y平均值0.0054g、0.0054g分别高0.0024g、0.0042g，高幅达分别达44%、78%。
图3：2017年1-5月10#、11#风机机舱振动曲线对比图
3、结论
由以上对比分析发现，10#风机在运行过程中存在机舱振动较大、实际功率偏低，初步判断原因应为运行过程中叶片角度不平衡或机舱未能完全对风（机头与主风向角度偏差较大）造成发电量偏低。
三、问题判定及处理
1、维护检查
发现问题后，维护人员对10#风机开展了检查维护工作，重点检查了叶片能否正常变桨到机械零位，叶片角度与监控显示是否一致，叶片能否正常回顺桨，高速轴刹车是否完好，偏航刹车有无异常，风向标机械零位是否与零向标一致并固定完好，经检查均无异常。
2、叶片平衡度检测
为查找原因，对10#风机运行过程中叶片角度平衡度进行了检测，经检测3支叶片角度偏差值为：1#叶片1.024度、2#叶片-2.237度、3#叶片1.213度，偏差总值3.45度（偏差值较大的2支叶片偏差绝对值之和为偏差总值，大于0.6度的国际GL标准）。
检测方法及原理：在位于叶片旋转面正前方约50米处，使用高频高速脉冲激光设备对准叶片运行截面，通过叶片运转扫掠固定照射的激光脉冲，实现对叶片表面外形的扫描记录，记录一定时间的扫描数据。将每隔2个周期的距离突变数据叠加在同一图谱可得到每支叶片在一段运行周期内的表面形状散点图。通过对去除噪音的塔筒数据进行分段线性拟合得到塔筒振动图谱。利用最小二乘法拟合叶片表面形状，对比3支叶片可计算出角度偏差，同时利用时间参数可以计算出风机转速数据，通过叶片设计特性推断当前转速下对应的截面零度角。
3、叶片校准
问题发现后，维护人员多次对10#风机3支叶片零位进行调整校准并复测，效果最好的一次测量结果为：1#叶片0.362度 、2#叶片-1.724度、3#叶片1.361度，偏差总值3.085度（仍不达标）。
最后发现，1#叶片由于无法触发限位挡块、2#叶片限位挡块阻挡等原因不能再调（若再调需移动限位挡块位置）。
出于安全考虑，在不移动限位挡块的前提下，我们制定的解决方案为：对2#叶片限位挡块进行打磨处理，将其长度减少3.89cm（见图4），再重新固定安装。按照以上方案处理后，对10#风机进行了安全功能测试，经测试各项功能均正常。随后，维护人员再次对10#风机3支叶片零位进行调整校准并复测，角度偏差数值为：1#叶片-0.14度 、2号叶片-0.4度、3号叶片0.12度，偏差总值为0.54度（符合国际GL标准要求的0.6度）。
图4：叶片限位挡块修磨图
四、效果检验
1、发电量对比
10#风机叶片校准后，2017年9-12月12台机组内10#风机发电量排名第3，发电量为124.2349万千瓦时，较相邻机组11#风机发电量123.8205万千瓦时高0.4144万千瓦时，高幅达0.33%较2017年1-5月有明显提高。
图5：2017年9-12月各风机发电量对比图
2、实际功率对比
2017年9-12月，10#风机各风速段的平均功率为1396kW，较相邻机组11#风机的平均功率1412kW低16kW，低幅达1.13%较2017年1-5月有明显提高；较1-5月10#风机平均功率1211.4kW提高了184.6kW，高幅达15.2%。
图6：2017年9-12月10#、11#风机实际功率曲线对比图
图7：10#风机调校前后实际功率曲线对比图
3、振动对比
2017年9-12月，10#风机机舱振动值曲线无论是X值还是Y值均与11#风机机舱振动值曲线基本一致。10#风机机舱振动X、Y平均值为0.0051g、0.0061g较11#风机机舱振动X、Y平均值0.0048g、0.0053g分别高0.0003g、0.0008g，高幅分别达6%、15%较2017年1-5月有明显降低；较1-5月10#风机机舱振动X、Y平均值0.0078g、0.0096g分别降低了35%、36%。
图8：调校后10#、11#风机振动曲线对比图
图9：10#风机调校前后振动曲线对比图
五、总结
通过以上问题分析及处理方法可以看出，导致风机发电量偏低的原因为叶片出厂时所设的机械零位不对，以至运行过程中3支叶片不平衡，导致机组振动较大、实际功率偏低，进而造成发电量偏低，这种情况日常维护及定期维护是解决不了的。当然，如果风机维护不到位，长时间运行后也会发生叶片不平衡问题，此问题可以通过加强维护、定期叶片校零来解决。
那么，我们如何预控此类问题呢？依笔者几年的风电场运维管理经验，提出以下建议：
1、严把验收关
风机进入250试运行前或250试运行期间，要求风机厂家委托第三方对风机做叶片平衡度检测，平衡度不达标必须整改。
2、重视定期维护
我们都知道，风机每年都有2次重要的检修维护工作（全年检修、半年检修），充分利用这2次检修的机会，消除风机隐患及缺陷，避免因维护不到位造成电量损失。
3、重视运行分析
定期对各机组的运行数据进行对比分析，我们可以发现机组间存在的差异，比如振动较大、实际功率偏低、发电量较低、某部位温度较高等问题，这样我们就可以有针对性的加强机组维护，提高机组利用率、提升发电量。
4、重视风机技术监督
定期委托有相关资质的单位对运行过程中的叶片进行平衡度检测，发现问题及时校准。当然，像本文提到的叶片不平衡问题，也可以通过观察的方式进行判断，当风机叶片旋转时维护人员站在叶片正下方，叶尖掠过最低点时3支叶片的声音是存在差异的。
参考文献：
[1]张羽.叶片角度偏差激光方法研究与应用[Z].2017.
[2]刘宏亮.风电场功率曲线异常分析及处理[Z].2017.
[3]姚兴佳 宋俊.风力发电机组原理与应用[Z].2011.
论文作者:赵奎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/11
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