摘要：在风力发电经历了不断的改进创新之后，我国的风力发电系统发电效率已经有了很大的提高。但是由于极端恶劣气候环境的影响对风力发电机组的安全运行造成了很大的安全隐患。
关键词：风力发电机组；运行安全；控制
1 风力发电机组运行相关介绍
风力发电机组运行原理是风机通过主动对风方式，使叶轮始终处于迎风状态，吸收风能并转化为机械能，驱动发电机旋转从而将机械能转换成电能，最终经变压器并入电网，完成向电网输送电能的任务。
并网运行已成为风力发电机组的主要运行方式。为了保证输出电能频率恒定，并网型风电机组主要采用恒速恒频和变速恒频这两种控制方式。随着风电技术的发展，为了提高风能转换效率，应用变桨距技术使叶轮的转速能够跟随风速变化，通过变流技术实现对发电机的转矩控制，从而保证输出电能频率恒定。变速恒频成为目前风力发电机组并网运行的主要控制方式。
2 风力发电机故障分析
对于风力发电机故障来说，主要存在是发电机故障、齿轮箱故障、变桨系统故障、变流器故障、叶片故障、偏航故障等。
叶片故障主要表现在：1）叶片制造工艺差，鼓包或掉漆等质量事件频发；2）叶片受风面在其实际运行中，由于受外界天气、环境等影响，使叶片磨损等，最终使叶片难以在正常状态下运行。
变流器故障主要表现在：1）变流器过温。因受到安装地点影响，其在运行时会时常产生温度过高，以及灰尘堆积等问题，致使变流器出现热量、电压过高等现象。2）变流器直流电容发热故障。电容过热易造成电容炸裂，甚至会造成烧毁现象的发生，使风力发电机保障停运。
发电机故障主要表现在：1）转子接地；2）定子接地。双馈风机齿轮箱故障表现在：1）齿轮箱齿系断齿；2）齿轮箱油泵电机烧损。
发电机故障、齿轮箱故障、变桨系统故障、变流器故障、叶片故障、偏航故障等故障也直接影响风机的可靠运行，导致风机停运，利用小时降低，严重影响风机的安全影响。
故障原因分析：1）维护手段单一，维护水平低，势必会降低风力发动机维护工作的效率，使该项工作的重要价值难以得到发挥，对风力发电机维护工作造成严重阻碍，导致风力发电机实际运行状态令人堪忧。2）风机制造工艺质量不高，设备存在安全隐患，导致后期故障频繁发生。
3. 风力发电机组运行安全性的分析
3.1 运行环境恶劣
在风力发电运行的过程中由于长期在野外进行作业，工作的条件非常的恶劣，并且风力资源不是人为可以进行控制的，在一些极端环境中最高风速可以达到五十米每秒，风机承载着超负荷的载荷，风力发电机组的运营安全随时随地都受到外界环境的影响。为了保障风机的质量，在进行风机制造的时候需要对制造风机的材料进行大量的实验，主要是测试该材料的疲劳时间、耐高温性能、耐低温性能、耐腐蚀性能和抗冲击性能，在经过测试之后才能确定，并且风机的设计寿命一般是 20 年，对风机的结构安全性能提出了更高的要求。
3.2 风机的设计
在风机运行过程中通过使用变浆距技术可以有效减低，风机在运营过程中承受的风力载荷，并且在无风的环境中风机可以自动的调整到最大浆叶角的位置，这样在出现风力资源的时候，可以保证风机运行的安全性。在进行风机系统制动的时候，可以利用三套独立的叶片变桨结构来进行安全稳定的制动，在遇到极端的环境的时候，为了很好的保护风力发电机组不受到破坏，一般会提前对风机记性制动，一般是采取启动刹车系统，保证风机的叶片都回到最大桨叶角的位置。主要是风机在运行时的动态载荷是非常大远远超出了静止状态下载荷，因为在预报有极端恶劣的天气的时候，工作人员会预先对风机进行保护，保障风力发电机组的设备安全。
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3.3 风力发电机组的安全保护系统
在风力发电机组工作的过程中还需要对机组进行一定的保护，在风机运行的过程中都是采取自动化控制的，自动控制系统要保障发电机组在无人值班环境下的自动运行，并且将实时的监测数据信息上传给控制系统。其中可编程控制器是风力发电机组自动控制的核心要素，还包括了 PLC、各种传感器、控制器和主要的执行设备，通过传感器的数据采集再上传到控制器中，通过计算处理下达给执行设备的下一步指令，从而保障风力发电系统的运行安全性。
4 保障风力发电机组安全运行采取的控制措施
4.1 设备巡视检查与定期检修
风电机组运行期间控制系统能否顺序完成各项控制功能，与构成控制系统的软、硬件状态良好情况相关。所以，值班人员利用中央控制室的监控设备监控每台风力发电机组的运行状况、参数，定期做好风机半年定检、全年定检，不定期查看叶片外表，听声音，经常性的对硬件保护措施、个体软件等给予检查，正确设定多项技术参数，消除设备隐患，属于安全风险防控的可行措施。
4.2 落实风机运行数据监测分析工作
数据监测涉及转速监测、振动检测、温度监测、电网数据监测与功率监测等。重点对异常数据如机舱温度、发电机绕组温度、电流、叶轮转速、功率、控制柜温度等进行信息分析，能提前判定机组运行情况。同时，机组运行参数与报警信息能即时传输到主控制器，主控制器能够远程操控完成安全控制。
4.3 落实风机技术监督措施
根据风机安全规程、技术监督规程、维护手册，结合风机年检工作，认真做好风机技术监督工作。新投风电场需做好风机基础沉降观测工作，确保风机安全可靠运行。
4.4 加强培训，提升运维人员技能水平
采用送出去、请进来培训方式，注重加强运维人员运行维护和检修技术培训，由技术人员在工作现场针对实际设备讲授操作理论、程序与技术规范，然后进行标准化的操作示范演示，把所要学的技术、程序、技巧、事实、概念或规则等呈现给其他运维人员。通过实践与技术人员在现场作指导，切实提高运维人员业务技能和专业素质，提高工作质量和工作效率，提高安全工作能力。
4.5 加强设备技改，提高风机运行可靠性
早期风机设备因技术等原因，风机配备低，无风机振动检测和塔筒晃动仪等设备。通过设备技术改造，增加振动检测装置，提前预防风机故障。结合风机前沿技术发展，重点进行安全和增发电量措施，切实提高设备可靠性。
4.6 风力发电机的大数据故障诊断
故障诊断是风力发电机运行维护的发展方向，风力发电机运行维护中采用信息化的大数据故障诊断方法，监督发电机的运行状态，快速发现发电机中的故障信息，提高故障检修的效率和效益。故障诊断提高了风力发电机运行维护的水平，故障诊断系统在风力发电机中主要监督机组构件，如：机舱、塔架等，确保风力发电机组的可靠性。故障诊断减轻了风力发电机运行维护的工作量，故障诊断的核心是数据采集与监控系统，该系统监测风力发电机的状态信息，比对初始的设备信息，能更准确地预测出发电机的故障信息。我国风力发电场内，风力发电机运行维护中的故障诊断并不成熟，运行维护的研究工作中，应该提高对大数据故障诊断、数据采集与监测系统的重视度，以运行维护为核心，重点研究在线监测和故障诊断，提升故障诊断的准确性。
总之，中国风力等新能源发电行业发展前景较广，估计在今后相当长一段时间里均会呈现出高速发展态势，且盈利能力因技术的成熟而慢慢提升。因风力发电机组在风力发电领域得到广泛应用，这又对风力发电机组安全运行提出了更高要求。因而除以上所述的几点外，国家也需对施工安装、运行管理、规划建设、研发制造等的各类标准体系给予有效建设，多方协作，共同努力，才可使风电行业真正得到持续稳定发展。
参考文献：
[1] 李丹 . 风力发电机组故障特征及基于警报信号的故障诊断研究 [D]. 南京理工大学，2017.
[2] 高洁 . 风力发电机组塔架振动安全阈值分析 [D]. 华北电力大学（北京），2016.
论文作者:吕海丰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/14
标签：风机论文; 故障论文; 风力发电机组论文; 齿轮箱论文; 叶片论文; 变流器论文; 故障诊断论文; 《电力设备》2018年第27期论文;