摘要：本文主要针对新能达坂城风电公司风力发电机组变桨系统故障进行案例分析，首先分析风力发电机组变桨系统在风机运行中的重要作用和控制方式。并根据风电场风机变桨系统故障处理的实际经验，阐述了风力发电机组变桨通讯故障的原因分析，并针对故障提出相应的措施进行处理，增强了风力发电机组运行可靠性。
关键词：变桨通讯；滑环；干扰
1 前言
新疆达坂城新能风力发电有限责任公司位于新疆维吾尔自治区达坂城区西北，柴窝堡西北约8公里处距乌鲁木齐市约50公里。于2013年6月动工建设，2014年6月竣工投产，装机容量99MW，安装金风科技单机的容量1.5MW的风力发电机组，总台数66台，风电机组采用一机一变单元接线方式。设六条集电线路，每条集电线路装有11台风力发电机组。风机变桨系统是风机的重要组成部分，主要功能是通过对叶片节距角的控制，实现最大风能捕获以及恒速运行。我风场地处超Ι类风区，常年风频变化较快、夏季高温及冬季严寒，所使用风力发电机组在实际运行中频繁报出变桨通讯故障，导致风场大规模机组停运，重者损坏风机大型机械原件，造成更大的经济损失，直接影响了风电场的发电量和经济效益，解决此类问题迫在眉睫。
2近年来的故障现象及隐患危害
2.1 2017年7月4日，新能达坂城风电公司中控室风机监控机打出6台风力发电机组，变桨安全链动作；变桨位置比较故障；变桨速度超限故障；变桨通讯故障，共6台风机停机，共损失负荷9MW，造成我风电场严重的经济损失。
2.2 事故发生的原因
2.2.1 滑环内部受污染，滑环经长时间运行，致使滑环插针损坏、固定不稳造成内部有灰尘、金属磨屑以及碳粉等杂物经长时间累积得不到不清理；还因滑环有环形轨道，即有相对驻留位置，驻留位置附近由于讯号电的吸附作用，导致灰尘更容易停留，导致滑环内部受到污染的程度加剧，导致变桨通讯信号时断时续，致使控制单元无法接受和反馈信号，从而报变桨通讯故障；还由于滑环内部构造的原因，滑环为滑动接触式，长时间运行，造成滑环磁道磨损严重，造成滑道与触点接触不良等现象，也可以引起信号中断和延时。
2.2.2 Profibus电缆出现连接错误，我风场风机使用了大量的Profibus电缆，从出现故障的情况来看，Profibus电缆线电缆皮薄，容易在拉电缆时损坏电缆皮，出现电缆露铜现象，造成信号跳变。（检查时特别注意滑环到轮毂的Profibus线，因为距离比较长，又经过转动部件，易磨损。）
2.2.3 轮毂中控箱Canopen板和PCP板的问题，Can open通讯板为中控箱中最小的一块PCB板，与变桨通讯故障有直接的关系。检查can open通讯板是否损坏的方法就是测量终端电阻（正常阻值为118～121 Ω）；PCP板作为中控箱的变桨控制板，是唯一一块需要程序的PCB板，是整个变桨系统的核心。无法直接确认PCP板是否异常，在确认前面所有的通讯模块、电缆及通讯版正常后，可使用替换法进行测试。
2.2.4 动力电缆的干扰信号窜入信号电缆，动力电缆与信号电缆混放，由于电力电缆多为非屏蔽电缆，其交变电流会在周围产生交变的磁通，频率较低，信号电缆处于低频率磁场中，如果低频电磁能量达到一定值就会在控制电缆内导体之间产生电动势，造成线路上的干扰。
2.3隐患及危害
2.3.1 风机长时间运行，维护周期长，故障隐患不易排查，从而大大降低风机的可利用率，即损失负荷给风电场造成严重的经济损失。
2.3.2 风机维护的技术人员少，维护风机的技术水平层次不齐，导致风机维护的质量不高，从而造成风机通讯故障频发。
2.2.3 风力发电机组易受风频变化较快、夏季高温及冬季严寒自然环境的影响在实际运行中频繁报出变桨通讯故障。
2.2.4 风力发电机组长时间处于旋转运行状态，各个电气元器件和机械原件容易受温度和振动的原因发生卡塞、松动、虚接现象，从而导致风力发电机组变桨系统的故障频发。
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3 引发风力发电机组变桨系统通讯故障的案例分析
3.1 风力发电机组变桨系统通讯故障的经过与现象
2017年7月4日，新能达坂城风电公司中控室运行值班人员发现风机监控机打出6台风力发电机组，变桨安全链动作；变桨位置比较故障；变桨速度超限故障；变桨通讯故障，共6台风机停机，共损失负荷9MW，运行值班人员立即汇报值班负责人，值班负责人立刻召开了班前会对此次故障得发生进行判断和分析。
3.2风力发电机组变桨系统故障处理过程
班前会班长指派由我担任此次故障处理的工作负责人，明确工作班成员，开好风力发电机组二种工作票后，我在班前会对工作班成员说明了此次工作的工作任务及内容，告知工作中的危险点、现场安全措施和安全注意事项。准备好所需的安全工器具，对全体工作班人员进行了分工。到达发生故障的风机现场后，所有人员穿戴好个人防护用具，依次进行登塔作业，
3.3故障经验处理方法
待机舱控制柜停电安全措施布置完毕后，作业人员进入轮毂进行变桨系统通讯故障的查找排除工作。首先对极易发生故障的滑环进行检查，检查发现滑环内部受污染有灰尘、金属磨屑以及碳粉等杂物经长时间累积已接近固态，作业人员先用毛刷对滑环进行清理，待清理掉大部分杂物后，用滑环清洗剂对滑环进行二次维护，这期间不能用力过猛，要按顺序进行擦拭工作，不得造成滑环插针翘起、变位、损坏等设备损坏事件，经过一个多小时的认真清理，滑环维护完毕。
作业人员对风机的Profibus电缆连接进行检查，发现有一处Profibus电缆线因电缆皮薄，易磨损，电缆皮已经受到损伤，出现电缆露铜现象，作业人员随即用电缆胶带对受损伤的部位进行缠绕包扎，后用绝缘胶带对包扎的部位再进行包扎，最后用帮扎带对不符合要求的电缆进行分段固定，以防止风机的Profibus电缆再次发生同类型故障。
处理完滑环和风机Profibus电缆的问题后，发现风机通讯故障并未消除，作业人员再对轮毂中控箱内Canopen板和PCP板分别进行检查，测量canopen通讯板的终端电阻值为120Ω（正常阻值为118～121 Ω），即排除Canopen板存在问题；作业人员用所带的一个新PCP板备件替换原风机上的PCP板进行测试，发现通讯并未恢复，作业人员随即对PCP板所有连接线及插件进行检查，发现有一路接线虚接，作业人员将虚接线进行紧固后，再进行通讯测试，发现通讯时好时坏。
这时，我判断，还有一个原因未得到处理，原因是动力电缆的干扰信号窜入信号电缆，动力电缆与信号电缆混放，由于电力电缆多为非屏蔽电缆，其交变电流会在周围产生交变的磁通，频率较低，信号电缆处于低频率磁场中，如果低频电磁能量达到一定值就会在控制电缆内导体之间产生电动势，造成线路上的干扰。作业人员对通讯线增加单独接地，把通信线多点接地，将动力接地线与信号接地线分开，防止动力电缆的干扰信号窜入信号电缆，做完此项工作后进行风机变桨系统的通讯测试，通讯恢复正常，故障处理完毕。
3.4风机变桨系统通讯故障处理的注意事项
处理风力发电机组变桨系统故障时，进行登塔、下塔的过程中必须做好防止高空坠落措施；进入轮毂前必须将叶轮可靠锁定；进入轮毂内作业前，做好轮毂内外电气设备停电的安全措施；轮毂内物品一定要放置牢固，防止坠落；注意保护更换过程中的工器具及螺栓，避免掉落卡塞在狭小的地方；作业完毕时，对工作现场的物品、杂物、工器具收集齐全，对工作现场进行卫生清扫。
4防范措施
加强运维人员风机理论基础知识的培训和学习，结合现场实际使大家熟悉风机各部件工作原理、作用、操作方式、存在的危险点和安全注意事项。结合设备二次图纸对设备进行运行分析，查找相关设备相联系的部件异常工况。对已发生的风机故障或事故查明原因，总结分析故障和事故教训、积累经验，并针对故障或事故开展模拟演练，事故演习。严格按照风机维护手册按时对机组进行维护，提高检修维护人员的技术水平，并全面排查隐患和隐患整改。
5 结束语
通过本人对风力发电机组变桨系统通讯故障的分析及处理经验, 可以确定故障的发生存在多种原因,处理过程多样化。这就要求我们要注重技术知识的积累，加快运维人员的技术水平的提升，才能及早发现设备隐患，将风电机组发生故障停机的可能性消除在萌芽状态，做到设备本质安全的优良状态。使机组可利用率大幅提升，减少电量损失，提高风电场的发电量和经济效益。
参考文献：
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[2]新疆金风科技股份有限公司.金风1.5风电机组运行维护手册2014.07
[3]李晓光，兆瓦级风机变桨系统传动振动特性[J].中南大学学报（自然科学版），2013.3
论文作者:尤志强
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：风机论文; 电缆论文; 故障论文; 通讯论文; 作业论文; 风力发电机组论文; 信号论文; 《电力设备》2019年第8期论文;