摘要：目前，许多风力发电机组为了更好的争夺市场份额，在未能保证机组质量的情况下就大量的将产品推向市场，以低价优势来占领市场。面对这种情况，不少企业为了更好的减少经营开支，不得不采购一些低价零件，这让整个设备质量难以得到有效的保障，最终导致风力发电机组可利用率低、检修成本高的特点。基于这些原因，对于已经投入生产的风力发电站而言只能利用检修策略来确保设备的正常、稳定运行，达到降低维修成本、延长设备寿命的目的。下面我们就风力发电机组常见的几种检修策略进行了分析，以供参考。
关键词：风力发电；机组；检修策略
1 风力发电的概述
在当前我国社会经济发展的过程中，风力放电已经得到了人们的广泛应用，其工作原理主要是通过风力资源来对带动发电设备的运转，从而将风能转变为机械能，再将机械能转化为电能，这样不仅很好的满足了人们的用电需求，还符合当前我国社会经济可持续发展的相关标准，促进我国社会经济建设。近年来，从当前我国风力发电行业发展的实际情况来看，其建设规模也在不断的扩大，这就为我国构建社会主义和谐社会打下了扎实的基础。不过，其风力发电机组在实际使用的过程中，存在着许多的故障问题。这就对风力发电机组的正常运行有着严重的影响，为此我们就像对其故障问题产生的原因进行分析，采用相应的技术手段来对其进行处理使其工作性能得到有效的保障。
2 风力发电机运行特征
2.1 风电场的生产特征
当前我国大部分地区的风电场都处于盛行风地带，且这些地区每年约有半年以上的盛行风。这些地区的风力发电总量占当地电能总量的四分之三以上，甚至在无风时期都不愁电能供应问题。就风电场的生产经营而言，它在正式投入运行中主要的运营成本包含了设备的折旧费、人工成本、银行利息、检修费用等。其中以检修费用最为突出，但也是最容易控制的一项。
2.2 风力发电机组故障特征
对于一个风力发电场的风电机组而言，任何一种机组每年都会发生不少于20种常见故障，这些故障有70%以上都是因为产品质量而造成的。通常来说，风力发电机组内部故障不会对从属设备构成威胁，且这种故障问题的存在对整个发电机组的安全威胁并不大，因此只有在负荷率非常低的情况下方可进行检修，甚至不少机组生产商更是明文规定只有在设备停止运行的条件下方可对这类故障进行检修。因此，风力发电机组的故障大多属于内部构件故障运行状态恶化造成的，尤其是传动系统的故障更容易恶化和扩大。这种故障如果不能经过巡检被发现，那么则只能依靠优质化验结果或者振动谱来进行分析。
3 风力发电机组的故障诊断技术分析
3.1 基于振动信号的故障诊断技术
基于振动信号的针对风力发电机组中叶片、齿轮箱、轴承等关键部件的监测与故障诊断方法在我国已经非常成熟。科研人员根据风电机组的故障特点，利用小波神经网络方法对风电机组齿轮箱进行故障诊断，主要是针对风电机组的微弱故障信号，根据集平稳子空间分析的信号分析以及连续的小波变化，总结出风电机组齿轮箱的故障特征。利用谱峭度可以诊断行星齿轮箱的故障，基于频率解调方法识别行星齿轮箱的故障情况，再对风电机组振动信号进行降噪，运用流行学习算法对风电机组的早期微弱故障进行诊断。另外，对叶片故障的诊断，是通过分析对压电陶瓷传感器监测到的振动信号完成的。
3.2 基于模式识别法的故障诊断技术
基于模式识别法的故障诊断，即分析风电机组的多元化信号，在时域、频域或时频域上构建一套高维模型，进行特征的融合、降维和分类，继而进行可视化分析，得出故障特征。轴承的故障特征，可以通过对重构的高维结构进行分类分析提取，故障诊断包括以下方法：（1）基于拉普拉斯特征的映射算法，可以保留故障信号的整体几何结构，提取出内在的流形特征，用于装备的故障诊断；（2）基于非线性流形学习方法，在局部空间优化的基础上可以实现滚动轴承的故障诊断，还可以应用新的聚类算法；（3）采取线性判别分析方法，可以对电机轴承的粗糙度故障以及点故障进行诊断。
3.3 基于电气信号的故障诊断方法
相对于振动信号，电气信号中与故障相关的内容往往比较弱，还时常被电机固有的电气信号等噪声掩盖。因此，要运用先进的技术，在电气信号中找出与故障相关的部分，再结合电机、转子动力学等模型，总结出风电机组的故障。电机的动力学模型可以展示出电流信号与电机系统的扭矩波动之间的关系，利用模型可以仿真分析齿轮箱故障与电流信号的关联，从而找出齿轮箱的电机传动系统的故障所在。然后，利用维纳滤波滤去除电流信号的噪声，通过分析统计过程控制图可以对电机轴承故障做到早期诊断。根据轴承故障的特点，明确地判断轴承的不同故障。直流无刷电机的转子故障，可以利用加窗Fourier变换以及Wigner-Ville分布，通过分析动态的电流信号进行诊断。专家们利用同步采样方法，从电流信号中分析出故障特征，利用关联维数分析，可以完成风电机组不同故障的定量分析。电机的定子匝间短路故障的诊断，是通过选取隐马尔可夫模型的阶次，建立HMM故障诊断模型完成的。齿轮的故障诊断，可以应用调制信号双谱分析法完成。对转子断条电机和偏心故障的诊断要求的精度相当高，利用Hilbert模量频谱分析，进行仿真实验可以实现。另外，以谱峭度法为依据，再结合利用Hilbert分析方法，可以有效地识别单一的、混合式的电机故障。
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4 常见的风力发电机组故障检修策略
风力发电机组的故障检修是风力发电机组维护工作的重要组成，由于风力发电机组本身装置位置特殊，往往都在位于地面几十米高的空中，且由于长期受到风力的影响这些机组不能够随时进行状态监控。一般来说，风力发电机组的检修工作都是在机组运行3年以后开展的，这就让一些简单的故障在得不到有效预防和处理的前提下迅速扩大，最终造成机组正常运行效率受到影响。基于此，下面我们有必要对一些常见的风力发电机组故障检修策略进行研究和分析。
4.1 故障检修
所谓故障检修就是指当发现风电机组出现故障之后再进行检修。这种检修方式虽必不可少，然而，由于其工作量大，检修过程中需更换许多内部部件，一次下来通常会耗费大量的时间和较高的成本，甚至会引致事故扩大化，所以，这种检修方式通常会被谨慎适用，一般只有当出现IGBT等关键构件损坏的灾难性机组故障时才会被选择适用。
4.2 改进性检修
所谓改进性检修就是指针对风电机组一些经常发生的故障或者先天存在的缺陷进行检修。这是一种常规的检修方式。通常情况下，风电机组投运初期会发生协调性障碍和设计缺陷等很多问题。此外，很多构件因为没有经过考验就投入使用，也大大增加了故障发生的可能性。在这种情况下，运用改进性检修的方式，及时提出策略，能够有效地解决机组故障的发生。
4.3 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20年的使用寿命设计，但并不是所有部件的寿命都能达到20年。如，偏航电机、变桨电机采用含油免维护轴承，一般寿命在5年左右；电动变桨机组的紧急变桨蓄电池寿命一般只有3年左右；机组上使用UPS内的蓄电池寿命一般只有5年左右；变频器内的电解电容寿命一般7年左右；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。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小风期结合定检维护工作进行更换。对于部件体积不大，但损坏了可能引起其它从属损坏，或损坏了修复周期较长的部件，应定期在小风期进行拆换，并将拆下来的部件进行保养，保养后的部件再去拆换未保养的部件。对于象叶片、塔筒这种部件，应定期检查、修补。一般叶片每2年就应进行1次彻底检查、修补，塔筒根据外表锈蚀情况进行修补。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。
4.4 设备状态检修
设备状态检修即是在设备状态评估的前提下，按照设备的日常监测、状态监测和诊断提供的数据信息、进而为准确判断机组的运行状况，然后分析出机组设备存在的故障，并及时地采取相应的措施进行有计划性地检修。其中，风力机组状态检修需要运用到多种手段，主要的辅助手段包括油品在线监测、振动在线监测以及热成像检查、内视镜检查、定期化检等。可以说，风力发电机组状态检修是设备检修方法中效率最高的一种途径。运用状态检修能够能够及时地立交机组的故障状况并快速解决，进而增加机组的利用率和完好率，提高风力发电机组的检修工作质量和降低各种费用，这样设备的损坏就不会给电能造成较大的损失。
5 制定检修策略所应注意的几点问题
由于不同的风电场在地理环境，风向变化频率等客观因素上都有所不同，所以，无论机组部件的寿命，还是系统的协调性方面都是不相同的。即使是同型机组出现故障的特点也不尽相同。由于地理位置的差异，同一风电场各大系统所承受的工作强度也有很大的差别。故此，若想制定理想的检修策略必须要注意以下几点问题：其一，同一风电场中不同机组的差异；其二，不同厂家出产的机组结构的差异；其三，同一厂家出产的不同型号机组在结构和配置上的差异。只有分清重点，才能有针对性地消除故障。综上所述，理想的检修策略应该是：主要采取预防性检修，辅以状态检修，将被动检修作为一种临时性措施，至于改进性检修则作为一种补充性方式。此外，若想使机组保持一个良好的工作状态，还应该多加保养，增强检修人员的素质，以避免不必要的损害。
6 结语：
总而言之，在化石能源的不断消耗以及人类环保意识的不断提升下，风力发电将会起到更加重要的作用和地位，而风力发电机组是风力场发电的核心设备，掌握发电机组的故障检修的策略是保证风力场正常、稳定发电的基础。所以，风电技术人员应该在现有的检修策略的基础上，进一步研发出更有效、更合理的风力发电机组检修策略。
参考文献：
[1]刘明先.风力发电机组振动监测技术应用与实践[J].应用能源技术.2016（11）
[2]朱少辉.风力发电机组塔筒振动频率的计算[J].机械管理开发.2016（11）
[3]顾军民.风力发电机组的电气控制[J].山东工业技术.2016（23）
论文作者:高冬云
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/30
标签：故障论文; 机组论文; 风力发电机组论文; 部件论文; 齿轮箱论文; 信号论文; 风电论文; 《电力设备》2018年第10期论文;