摘要：上个世纪九十年代，我国风电才开始进行建设，在之后的几年，我国深刻地认识到风电在社会经济当中所起到的重要作用，从装备制造到风电场的建设制定了很多优惠政策，大力鼓励发展风电产业，目前已涌现几十家风电设备整机制造企业和一大批与整机配套的零部件制造企业。2019年以来，随着多个百万千瓦级风电场的陆续开建，陆上风电进入4.0时代。而海上风电也迈入大容量高速发展阶段。风电场的日常检修和维护、定期检修和维护工作就显得尤为关键，同时合理的检修和维护工作也是保障风电机组能够持续稳定的重要因素。通过对机组进行日常检修，我们能够有效掌握风电机组当前的运行情况，了解机组各个零部件的运行状况是否存在问题，拟定出针对这一机组的维护计划，在问题产生的初期就采取合理的维修策略，以避免损害加剧，造成对人身安全的危害或财产损失。本文分析了风电机组的常见故障和诊断方法，并针对问题提出对应的检修和故障处理策略，有助于保证风电机组的安全运行，确保机组可利用率和发电场经济效益的提升。
关键词：风电机组；检修维护；故障处理
引言
2005年，可再生能源法的落实，我国风电产业开始实现快速发展。装机容量不断增长，各个地区的风电场逐渐形成规模，风电机组的规模也在不断扩大。据统计，我国风电机组的装机容量从2001年的400MW快速增长到2018年的210GW，预计到2020年全国风电机组累计装机容量将达到330GW，带来的风电运维服务需求达到十几万台风机。风电的快速发展给风电设备制造业带来了巨大的市场机会，风电企业取得长足发展的同时，也面临着严重的运维困局。随着机组的服役年限增长，近年来风机事故频发，风机起火、倒塔、叶片断裂等越来越多的问题暴露出来，由于机组零部件的多样性和复杂性，其运行维护仍旧困难重重。
1风力发电机组故障特性
大部分风电机组安装在草原牧区、高原地带、沿海岛屿、山区等区域，这些区域的自然环境都非常恶劣。风电机组长期在沙尘、低温、冰雪、雷电、风暴、腐蚀等恶劣环境中工作，加之荷载及风速对其的影响，使得机组的实际工作状况异常复杂，很容易造成风电机组的相关零部件在实际的寿命期当中产生损坏和发生故障。小的故障造成风机停机，损失风电场发电量;大的故障造成大部件(如发电机，齿轮箱，轴承，叶片等)损坏，一旦造成大部件的损坏，大部件的更换、运输、吊装、长时间的停机会给风机制造商和风电场的经济效益造成较大的损失。另外，由于风电机组塔筒的高度一般在70～90m之间，机组内有大量的机械部件和电气部件，还有油脂及其他化学制剂。大型故障甚至可能造成火灾、触电、机械伤害和人员坠落等伤害，甚至造成人员死亡的恶性事故。风电机组如果经常发生故障，意味着不但增加维护工作量，还有可能完不成生产指标，最为严重的就是机组往往在没有达到使用寿命期限就会出现报废。风电场机组分布范围通常都很大，在发生故障时不容易被及时发现，维护当中也非常困难，这样就会造成维护成本增加。为了提升风电机组的自身可靠性及安全性，应尽可能降低机组故障发生率，我们应对机组故障的基本状况、发展趋势、风电机组系统及其主要问题等进行全方位的研究，发现其中隐藏的规律，采取有效措施，从而减少或预防故障的发生。
2风电机组的常见故障和诊断方法
2.1主控系统常见故障及诊断方法
目前主流的控制系统多为PLC模块化设计，背板总线连接方式。这类电子器件常见故障主要分为模块本身故障和外部故障。模块本身故障表现为数字量或模拟量信号输出显示不正常或输入信号无反应、模块指示灯熄灭等情况。故障处理方式为重新刷新相关程序或进行器件更换。外部故障多在后台监控SCADA系统中以报警形式提醒。借助报警提示和代码描述，快速定位外部器件故障点，达到快速处理故障的目的。但在维护过程中，切记不可忽略甚至屏蔽主控系统报出的与安全相关的故障，将会引起严重的风机安全事故。
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2.2变桨系统常见故障诊断方法
变桨系统是风电机组最重要的执行机构,同时也是风电机组安全运行的保障，在超过风机正常运行范围的大风况下，接受主控系指令进行收桨动作，有效的保障风机的安全性。变桨系统的主要故障分为电气故障和机械故障两部分，由于变桨系统器件多、结构复杂，是风电机组中故障率最高的部件。电气部分的维护主要分为手动变桨测试、急停收桨测试、充电回路测试、变桨电池检查等。机械部分则包括变桨电机、变桨轴承密封性、润滑油系统检查等。变桨系统属于旋转部件，对轮毂内所有螺栓和器件设备的力矩要求、连接紧固性有很高的要求，这些也是日常产生故障的主要原因。同时，轮毂内的任何部件故障都必须引起重视，这直接关系到风机的安全运行。
3风电机组的检修和故障处理策略
3.1预防维修，定期检修
风电机组常常建设在距离地面几十米的高空中，不仅位置独特，而且长年受到风力的影响，不能时时刻刻得到监控。大型风电机组的工作人员都是在机组开始运行工作之后三年才对其进行检修的。在这段时间里，风电机组出现的任何小的问题都得不到解决，正因为如此，风电机组才会经常出现难以挽回的大问题，不能正常运行。鉴于此，提出几点处理方法。首先，认真研读风电机组的检修说明，定时、定期由特定的具有专业检修知识的工作人员进行风电机组的维护检修。其次，风电机组定期检修可以让设备保持最佳的状态，并延长风电机组的使用寿命，因此该项工作很重要。根据时间不同，工作内容也有所不同，主要包括连接件的力矩检查(包括连接)、润滑性能检查、部件功能测试、油位和电气设备的检查、设备的清洗等。针对齿轮磨损的问题，定期检查，保证润滑剂的使用量，确保偏航齿轮不会在缺少润滑脂的条件下工作。在风沙大的天气，应做好风电机组的保护密封工作，确保杂质、异物不会进入齿轮组中，阻碍齿轮工作。对自动注油的机器设备，足够的油脂是基本，注油的时间也要严格控制。制动系统液压管路渗漏故障的处理方法是发现渗漏的同时尽快更换已经破损的部件，尤其是密封件，要定期检查、更换。
3.2传动链振动监测
风电发电机组的传动系统主要包括低速轴、高速轴、齿轮箱、联轴器、紧急刹车机构等，其能量转化形式是叶轮通过风力驱动产生机械能并通过传动系统传递给发电机侧。为弥补SCADA系统在传动链的监测的不足，一些有条件的风场会采用独立的振动采集系统来加强对关键部位的监测，通过不同的振动监测系统来完善对整个传动链的振动监测。根据厂家定期出具的监测报告，及时对有故障隐患的风机进行重点检查及维修，将故障隐患消灭在萌芽状态，确保风机安全稳定运行。
3.3基于大数据分析的故障诊断及维护策略
复杂故障和复杂系统可以通过逐步分解的方法进行分析、研究，以此找到风电机组故障的发生机理，从而进一步得出故障发生和发展的过程，作出科学系统的故障诊断，为机组维护策略的持续改进提供重要依据。目前国内通常是将故障树分析法作为基础，进行风电机组故障的FMEA模式分析。针对并网风电机组故障分析，首先对其进行科学合理性的划分，通常会把风电机组划分为多个故障子系统，其中涵盖了:发电机、风轮、传动系统、刹车系统、塔架、变桨系统、电气系统、传感器等子系统。应用故障树分析法(FTA)、故障模式及后果分析法(FMEA)对各子系统开展故障分析，最终形成风电机组及故障子系统的FMEA分析报表，给出各个故障子系统与机组故障类别的故障模式及影响分析、故障概率级别等，对于故障模式、故障原因、故障因素进行分析，同时制定与之相应的处理措施。并依据此结论对机组的维护策略进行完善优化、持续改进。
结语
总之，除日常巡检、定期维保外，还需要对机组建立起一套完善的精细化检修工作，并对应建立技术档案，对主控、变桨、变流器等电器设备；对齿轮箱、发电机、叶片等机械设备针对其不同的故障采取相应的检修方式。在出现问题时，要根据不同风电机组的特点，采取有针对性的故障处理策略。
参考文献：
[1]刘伟.风电机组传动系统维护与故障诊断[J].硅谷，2014（5）.
[2]白海存.风力发电机组批量性故障分析及处理[J].科技创新与应用，2016（4）.
论文作者:仇树德
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/9
标签：机组论文; 风电论文; 故障论文; 风机论文; 系统论文; 部件论文; 工作论文; 《电力设备》2019年第19期论文;