摘要：在国家政策的扶持下，近几年风力发电呈爆发式增长。国内很多风力发电机组为抢占市场，在未能保证质量的情况下就大规模推向市场，且由于大打价格战厂商利润率偏低，只能通过降低零部件采购价来保证不亏本，从而使部件质量难以保证，造成风力发电机组可利用率偏低，维检成本偏高。对已投产的风电场应制定合理的维修方案，以提高设备可利用率、降低维修成本、延长设备寿命、保证安全生产。基于此，本文主要对风力发电机组电气设备状态检修方法进行分析探讨。
关键词：风力发电机组；电气设备；状态检修方法
1 前言
大多数风电场只有半年处在盛风期，盛风期的发电量可达全年的75%以上，而在无风期，则无电可发。所以提高盛风期的风力发电机组可利用率对风电场的收益至关重要。有些机组已超过合同约定的质保期多时还无法通过验收，部分机组存在重大安全隐患。所以对已投产的风电场来说，当务之急就是制定合理的维修方案，以提高设备可利用率、降低维修成本、延长设备寿命、保证安全生产。
2 风力发电机组的维修策略
风力发电机组的维修方式可分为4种：故障检修、改进性检修、预防性检修、状态检修，4种方式各有特点及适用场所及适用时期。下面就4种方式展开讨论：
2.1 故障检修
所谓的故障检修就是等设备发生故障后再进行维修。这种维修方式往往检修时间长，维修工作量大，更换部件多，维修费用高，且易造成事故扩大，故这种维修方式往往只用于灾害性的事故，如各种驱动模块、通讯模块、功率元件、PLC、IGBT等关键部件损毁时的维修。
2.2 改进性检修
改进性检修就是对设备先天性缺陷或频发故障进行维修。一般设备投运不久，设计存在的缺陷、部件协调性不足的问题都将暴露，有些部件未经长期验证就大面积推广，造成部件故障率偏高，这时应考虑采取改进性维修，从源头上解决故障率高的问题。
2.3 预防性检修
预防性检修就是按事先制定的周期，定期更换设备部件或对设备进行局部调整、紧固，这种维修方式主要是为了定期将风力发电机组各部件的状态调整到标称状态。预防性检修的核心就是要找到导致机器重复性故障或生产损失的根本原因，并加以消除。
单台风力发电机组部件多达上千种，整机虽是按20a的使用寿命设计，但并不是所有部件的寿命都能达到20a。如，偏航电机、变桨电机采用含油免维护轴承，一般寿命在5a左右；电动变桨机组的紧急变桨蓄电池寿命一般只有2a左右；机组上使用UPS内的蓄电池寿命一般只有5a左右；变频器内的电解电容寿命一般7a左右；风力发电机组上的橡胶元件，如联轴器、减振阻尼元件、机械限位开关护套、液压系统密封圈等，由于实际运行过程中温度、油污等因素的影响，也往往达不到设计寿命。部件寿命不同，造成同一批风电机组在某一部件寿命末期，会呈现因该部件损坏引起的故障率小高峰，这也是风力发电机组的故障率呈现是多个典型浴盘曲线组合的原因。根据机组故障率的这个特点，可以得出结论：在理论上，如果在机组某一部件寿命期未进行主动检修或更换，可有效地降低故障率。但如何判断诸多部件寿命期将结束存在困难。
风力发电机组的大部分部件在机舱上，作业空间小，登机困难，且风力发电机是集多学科、多技术于一体的复杂设备，同时，风力发电机组发生故障往往是在风速较大时，此时机舱温度高、晃动大，环境恶劣。所以检修人员发现并解决风力发电机组故障的能力存在较大困难。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所以应通过对风力发电机组所有故障信息进行整理统计，结合其他行业、其他风电场的经验数据，经过科学分析，摸索出各部件可能的损坏周期，从而确定其使用年限。并在使用年限结束前的弱风期结合定维工作进行更换。
总之，在进行预防性维修时，必须科学制定维修计划，避免过度维修或维修范围扩大，以获得最佳效益。
2.4 设备状态检修
设备状态检修就是在设备状态评价的基础上，根据设备的日常监测、状态监测和诊断提供的信息，来判断设备的劣化程度，有计划地进行适当的维修。状态检修需要多种辅助手段，在风力发电机组上实行状态检修的主要辅助手段有振动在线监测、油品在线监测及定期化验、内视镜检查、热成像检查等。机组状态维修应该是设备维修方式中效率最高的一种方式。采用状态维修可以及时掌握故障隐患并及时消除，从而提高机组完好率和利用率，提高机组维修工作质量和节省各种费用，提高总体效益。风力发电机组的大部件，如齿轮箱、发电机、主轴承等造价高，故障率低，一般风电场不会备此类备件，这些设备损坏会造成较大电量损失。状态监测可以提前预知相关部件可能将损坏，从而提前准备相关备件及专用工器具，并在弱风期提前进行更换，从而减少电量损失。但状态检修是建立在诊断状态的基础上的，诊断手段作为一种新技术，它本身还处于不断发展和完善之中，并不是机组所有系统都可以用设备诊断技术进行维修，且状态检测投入较大。
综合考虑风力发电机组的故障特点、部件损坏可能造成的后果、目前状态检测的造价及技术水平，笔者认为风力发电机组的主传动系统、3大轴承、变桨减速器、偏航减速器可用状态检修方式进行检修。
对于主传动系统，可采用振动在线监测、油脂监测、内视镜复核检查的组合。振动是回转机械运转时的重要特性，利用数据采集器对机械设备运行状态的振动信息进行采集，然后通过振动频谱分析，可以快速、准确地诊断出风力发电机组主要转动部件不对中、轴弯曲、机械松动、轴承损坏、齿轮损坏、润滑不良等故障；油品监测有在线监测、定期化验2种。在线监测主要应用在对齿轮箱润滑油的监测，对齿轮箱润滑系统和齿轮箱运行工况实时监测和分析，为齿轮箱维护保养提供可靠的依据，同时也能对故障进行诊断或预判断，从而提前采取处理措施，避免造成更大经济损失或发生事故；定期化验主要是为了通过化验油脂内各项化学指标变化趋势，从而判断润滑对象的润滑是否良好，是否有失效趋势。
对于齿轮箱油润滑油哪怕已进行了在线监测，也应对其进行定期化验。目前很多风力发电机组厂家的维护手册里要求齿轮箱润滑油定期更换，但有些风电场地形复杂，同一风电场风力发电机组因为部署位置不同，各系统工作强度千差万别。有些风电场因可布置风力发电机组的位置有限，只好将部分风力发电机组部署在低谷或背风地带，造成同一风电场不同风力发电机组发电量相差50%，发电量高的风力发电机组主传动系统工作强度远大于发电量少的风力发电机组；有些风力发电机组所有方向湍流不大于0.15，有些风力发电机组某一方向湍流甚至可达0.25以上，不同的湍流条件下风力发电机组工作强度也不一样。因此没有针对性的定期更换并不科学。因此齿轮箱润滑油是否需更换；应根据润滑油各项理化指标的变化趋势决定，而不是能按固定周期进行更换；内视镜检查主要用于在油品分析和振动检测分析初步判断齿轮箱存在异常的情况下进行齿轮箱内部检查。检查风力发电机组齿轮箱齿面是否有腐蚀、压痕、凹坑、点蚀、断齿等缺陷。
3 结语
通过以上分析可见，风力发电机组合理的检修策略应是预防性检修为主，状态检修为辅，被动检修作为临时措施，以改进性检修为补充。同时，因为风力发电机组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确定制定出维修策略。
参考文献：
[1]李辉，胡姚刚，杨超等.并网风电机组运行状态的物元评估方法[J].电力系统自动化，2011，35（6）:81-85.
[2]沈艳霞，李帆.风力发电系统故障诊断方法综述[J].控制工程，2013，20（5）:789-795.
论文作者:张晓辉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
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