郭玉新

風(fēng)力發(fā)電是我國(guó)的主要發(fā)電方式之一，近年來(lái)取得了很大程度上的發(fā)展，現(xiàn)階段處于穩(wěn)步發(fā)展時(shí)期。為了保證風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性，提升風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，做好運(yùn)維工作與故障監(jiān)測(cè)分析十分重要，因此在本之中，主要對(duì)風(fēng)電機(jī)組的日常維護(hù)和故障處理進(jìn)行全面分析，在此基礎(chǔ)上提出下文內(nèi)容，希望能夠給與同行業(yè)工作人員提供相應(yīng)的參考價(jià)值。

：風(fēng)電機(jī)組;日常檢修;維護(hù);故障處理;分析

2019年以來(lái)，隨著多個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)的陸續(xù)開建，陸上風(fēng)電進(jìn)入4.0時(shí)代。而海上風(fēng)電也邁入大容量高速發(fā)展階段，風(fēng)電場(chǎng)的日常檢修和維護(hù)工作就顯得尤為關(guān)鍵，同時(shí)合理的檢修和維護(hù)工作也是保障風(fēng)電機(jī)組能夠持續(xù)穩(wěn)定的重要因素。通過對(duì)機(jī)組進(jìn)行日常檢修，我們能夠有效掌握風(fēng)電機(jī)組當(dāng)前的運(yùn)行情況，了解機(jī)組各個(gè)零部件的運(yùn)行狀況是否存在問題，擬定出針對(duì)這一機(jī)組的維護(hù)計(jì)劃，在問題產(chǎn)生的初期就采取合理的維修策略，以避免損害加劇，造成對(duì)人身安全的危害或財(cái)產(chǎn)損失。本文分析了風(fēng)電機(jī)組的常見故障和診斷方法，并針對(duì)問題提出對(duì)應(yīng)的檢修和故障處理策略，有助于保證風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行，確保機(jī)組可利用率和發(fā)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

風(fēng)力發(fā)電主要依靠的是風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)間各個(gè)程序的相互配合，其也是風(fēng)力發(fā)電工程的主要工作體系，風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程以及運(yùn)行模式時(shí)時(shí)刻刻都會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的速率以及效率產(chǎn)生影響。風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)內(nèi)部如果發(fā)生故障未得到及時(shí)的處理，很有可能會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)組造成零部件的損壞，降低其使用壽命，嚴(yán)重的還可能會(huì)對(duì)齒輪組或者主軸承等大型關(guān)鍵性零件造成散落或者零碎，最終導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)癱瘓，無(wú)法正常使用，

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的使用壽命一般為20～25年，大部分風(fēng)電機(jī)組安裝在草原牧區(qū)、高原地帶、沿海島嶼、山區(qū)等區(qū)域，這些區(qū)域的自然環(huán)境都非常惡劣。風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)期在沙塵、低溫、冰雪、雷電、風(fēng)暴等惡劣環(huán)境中工作，加之荷載及風(fēng)速對(duì)其的影響，使得機(jī)組的實(shí)際工作狀況異常復(fù)雜，很容易造成風(fēng)電機(jī)組的相關(guān)零部件在實(shí)際的壽命期當(dāng)中產(chǎn)生損壞和發(fā)生故障。小的故障造成風(fēng)機(jī)停機(jī)，損失風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量;大的故障造成大部件（如發(fā)電機(jī)，齒輪箱，軸承，葉片等）損壞。一旦造成大部件的損壞，大部件的更換、運(yùn)輸、吊裝、長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)會(huì)給風(fēng)機(jī)制造商和風(fēng)電場(chǎng)造成巨大的損失。由于風(fēng)電機(jī)組的高度一般在70～90m之間，機(jī)組內(nèi)有大量的機(jī)械部件和電氣部件，還有油脂及其他化學(xué)制劑。大型故障甚至可能造成火災(zāi)、觸電、機(jī)械傷害和人員墜落等人員傷害，甚至死亡。風(fēng)電機(jī)組如果經(jīng)常產(chǎn)生故障，不但增加維護(hù)工作量，最為嚴(yán)重的就是機(jī)組往往在沒有達(dá)到使用壽命期限就會(huì)出現(xiàn)報(bào)廢。

1.主控系統(tǒng)的故障及診斷方法分析

對(duì)于主控系統(tǒng)而言，主要作為風(fēng)機(jī)的大腦，是風(fēng)機(jī)的核心部件，風(fēng)機(jī)運(yùn)行的邏輯判斷以及動(dòng)作主要作為主控系統(tǒng)所發(fā)布出來(lái)的，現(xiàn)如今主流的控制系統(tǒng)主要是我PLC的模塊化設(shè)計(jì)工作，背板為總線連接的方式。對(duì)于這類電子器件，較為常見的故障主要是模塊自身和外部故障問題，模塊自身的故障主要是數(shù)字量或者是模擬量信號(hào)輸出顯示不正常等，故障的處理方式為重新刷新相關(guān)的程序，或者是對(duì)器件進(jìn)行更換。然而外部故障主要是在后臺(tái)監(jiān)控SCADA系統(tǒng)中根據(jù)警報(bào)的方式進(jìn)行提醒，通過借助報(bào)警提示以及代碼的描述，能夠快速的對(duì)外部器件故障點(diǎn)進(jìn)行定位，對(duì)故障問題快速的處理。但是在維護(hù)的過程中，不可以忽視屏蔽主控系統(tǒng)所發(fā)出的安全相關(guān)故障問題，如果忽視會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行出現(xiàn)嚴(yán)重影響，因此必須要引起足夠的重視。

2.變槳系統(tǒng)常見故障診斷方法

變槳系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制、并獲得最大風(fēng)能利用率的重要保證之一。同時(shí)也是風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行的保障，在超過風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行范圍的大風(fēng)況下，接受主控系指令進(jìn)行收槳?jiǎng)幼鳎行У谋Ｕ巷L(fēng)機(jī)的安全性。變槳系統(tǒng)的主要故障分為電氣故障和機(jī)械故障兩部分，由于變槳系統(tǒng)器件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是風(fēng)電機(jī)組中故障率最高的部件。電氣部分的維護(hù)主要分為手動(dòng)變槳測(cè)試、急停收槳測(cè)試、充電回路測(cè)試、變槳電池檢查等。機(jī)械部分則包括變槳電機(jī)、變槳軸承密封性、潤(rùn)滑油系統(tǒng)檢查等。變槳系統(tǒng)屬于旋轉(zhuǎn)部件，對(duì)輪轂內(nèi)所有螺栓和器件設(shè)備的力矩要求、連接緊固性有很高的要求，這些也是日常產(chǎn)生故障的主要原因。同時(shí)，輪轂內(nèi)的任何部件故障都必須引起重視，這直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。

3.齒輪箱故障診斷

3.1齒輪箱故障按照類型不同可以分為齒輪故障和輪體故障兩類，風(fēng)電機(jī)組的主要故障形式則包含：（1）齒面損耗。風(fēng)電機(jī)組的齒面損耗其主要是齒輪的磨損和腐蝕。磨損是風(fēng)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)由于潤(rùn)滑不足和異物進(jìn)入導(dǎo)致齒輪的輪廓發(fā)生改變、間隙增加等問題。腐蝕則主要是由于一些腐蝕性氣體或者液體等引起化學(xué)腐蝕，齒輪的咬合是發(fā)生電火花或者電弧引起機(jī)械電蝕。（2）齒面膠合。風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)，如果齒輪箱中的潤(rùn)滑環(huán)境較差，很可能引起齒輪中間油膜消失，齒輪間的高溫造成齒輪面發(fā)生熔焊。（3）齒輪變形。齒輪的變形主要是指塑性變形問題，齒輪箱的齒輪長(zhǎng)時(shí)間處于重載工作狀態(tài)時(shí)，齒輪承受的載荷消失之后恢復(fù)形變，從而發(fā)生塑性形變。3.2齒輪振動(dòng)管信號(hào)調(diào)制。風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪箱故障多為齒輪電蝕、齒輪折斷等故障，這些故障均會(huì)引起周期性脈沖沖擊，振動(dòng)信號(hào)會(huì)出現(xiàn)調(diào)制現(xiàn)象，并且在振動(dòng)信號(hào)頻譜上表現(xiàn)為齒輪咬合頻率、齒輪箱固有振動(dòng)頻率兩側(cè)分布均勻齒輪故障診斷中，其診斷信號(hào)調(diào)解工作顯得尤為重要。如果齒輪箱發(fā)生故障，則在檢測(cè)振動(dòng)頻率譜上包含正常的咬合頻率、倍頻率分量、周期性脈沖引起的調(diào)制。

4.發(fā)電機(jī)故障

發(fā)電機(jī)是風(fēng)電機(jī)組的核心部件，其功能是將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，為電氣系統(tǒng)供電。長(zhǎng)期運(yùn)行于變工況和電磁環(huán)境中，易發(fā)生故障。常見的故障模式有發(fā)電機(jī)振動(dòng)過大、發(fā)電機(jī)溫升高、轉(zhuǎn)子/定子線圈短路、轉(zhuǎn)子斷條等。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)故障的原因?yàn)椋郝菟ㄋ蓜?dòng)、油路不通、軸承過度磨損、管路接觸不良或擊穿。針對(duì)這些常見的故障，采取的維護(hù)措施包括：清理清洗、檢查螺栓、減輕負(fù)荷、更換元器件等。

5.葉片故障

葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，是獲得風(fēng)能的主要部件，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處于工作中，葉片所受壓力較大，出現(xiàn)故障的頻率較大。由于長(zhǎng)時(shí)間處于空氣中，受自然環(huán)境影響，葉片容易被腐蝕，這會(huì)導(dǎo)致葉片結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易脫落。一旦葉片發(fā)生故障，首先影響個(gè)發(fā)電機(jī)組的受力平衡，這種受力不平衡將會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)艙造成影響，導(dǎo)致機(jī)艙顫抖，影響整個(gè)機(jī)艙的穩(wěn)定性。

1.合理的選擇檢修方式

根據(jù)現(xiàn)如今風(fēng)電機(jī)組可能會(huì)出現(xiàn)故障類型分析，可以將其分為早期故障以及意外故障和損事故中等，根據(jù)其故障檢修方式存在的差異，可以將其分為日常間休息和定期檢修以及故障之后的維修。在機(jī)組使用初期，故障率通常是比較高的，這個(gè)時(shí)候故障主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理或者是制造上缺陷導(dǎo)致的，或者因?yàn)楣ぷ魅藛T自身維護(hù)不合理導(dǎo)致的，為了對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行解決，必須要提高對(duì)風(fēng)機(jī)的日常檢修和檢查工作，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)隱患問題，快速進(jìn)行解決。在風(fēng)電機(jī)組通過了二百四十個(gè)小時(shí)之后，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行會(huì)逐漸的穩(wěn)定。運(yùn)維人員需要嚴(yán)格的執(zhí)行維護(hù)計(jì)劃，定期對(duì)機(jī)組進(jìn)行維護(hù)，特別是偏航系統(tǒng)以及導(dǎo)電軌等檢查維護(hù)要引起足夠的重視。此外風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行第二年，運(yùn)維人員會(huì)根據(jù)日常維護(hù)中的設(shè)備故障概率，建立起相應(yīng)的儲(chǔ)備制度，減少無(wú)設(shè)備更換導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間。在設(shè)備運(yùn)行第三年，風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)是進(jìn)入到了穩(wěn)定運(yùn)行階段，這個(gè)時(shí)候運(yùn)維人員需要該風(fēng)場(chǎng)的特點(diǎn)建立其日常檢修和定期保養(yǎng)，對(duì)各種類型的故障檢查和修理，消除故障可能會(huì)存在著故障隱患。風(fēng)電機(jī)組在投入運(yùn)行五年之后，大部分的零件會(huì)出現(xiàn)老化以及異響等問題，這個(gè)時(shí)候需要在日常檢修的基礎(chǔ)上增加精細(xì)化的檢修，對(duì)其進(jìn)行全面的體檢，避免小的隱患變成大故障。

2.基于大數(shù)據(jù)分析的故障診斷及維護(hù)策略

風(fēng)電機(jī)組是一個(gè)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，機(jī)組的故障在出現(xiàn)前期必定會(huì)出現(xiàn)一些征兆。我們應(yīng)對(duì)機(jī)組故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出故障分布規(guī)律。復(fù)雜故障和復(fù)雜系統(tǒng)可以通過逐步分解的方法進(jìn)行分析、研究，以此找到風(fēng)電機(jī)組故障的發(fā)生機(jī)理，從而進(jìn)一步得出故障發(fā)生和發(fā)展的過程，作出科學(xué)系統(tǒng)的故障診斷，為機(jī)組維護(hù)策略的持續(xù)改進(jìn)提供重要依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)通常是將故障樹分析法作為基礎(chǔ)，進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組故障的FMEA模式分析。針對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組故障分析，首先對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理性的劃分，通常會(huì)把風(fēng)電機(jī)組劃分為多個(gè)故障子系統(tǒng)，其中涵蓋了：發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、塔架、變槳系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、傳感器等子系統(tǒng)。應(yīng)用故障樹分析法（FTA）、故障模式及后果分析法（FMEA）對(duì)各子系統(tǒng)開展故障分析，最終形成風(fēng)電機(jī)組及故障子系統(tǒng)的FMEA分析報(bào)表，給出各個(gè)故障子系統(tǒng)與機(jī)組故障類別的故障模式及影響分析、故障概率級(jí)別等，對(duì)于故障模式、故障原因、故障因素進(jìn)行分析，同時(shí)制定與之相應(yīng)的處理措施。并依據(jù)此結(jié)論對(duì)機(jī)組的維護(hù)策略進(jìn)行完善優(yōu)化、持續(xù)改進(jìn)。

3.采用有針對(duì)性的故障處理策略

各種類型的風(fēng)機(jī)在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中應(yīng)采取不同的故障處理策略。例如，風(fēng)機(jī)功率曲線不達(dá)標(biāo)、個(gè)別機(jī)組無(wú)法滿發(fā)。此時(shí)應(yīng)當(dāng)先從機(jī)組葉片對(duì)零、風(fēng)向標(biāo)對(duì)北、機(jī)組找中等機(jī)械部件方面入手檢查，同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)算法和控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化等軟件方面進(jìn)行多種檢測(cè)，另外還要考慮到風(fēng)機(jī)機(jī)位是否處于尾流效應(yīng)中，海拔等因素也要考慮在內(nèi)。再例如，當(dāng)變槳電機(jī)頻繁發(fā)生故障時(shí)，除考慮變槳電機(jī)制造商的選擇和更換外，還應(yīng)綜合考慮整套變槳系統(tǒng)設(shè)計(jì)及維護(hù)情況。后備電源的充放電性能、變槳軸承和減速箱的潤(rùn)滑效果、收開槳邏輯等都會(huì)對(duì)變槳電機(jī)故障造成重要影響。甚至由于各風(fēng)場(chǎng)所處區(qū)域，風(fēng)機(jī)特性差異較大，通過實(shí)施糾正性技術(shù)改造加以解決。風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)和故障處理需要我們?cè)谌粘＞S護(hù)中加以不斷探索和歸納，還應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)合理的風(fēng)電場(chǎng)管理規(guī)程，加強(qiáng)管理措施，推動(dòng)設(shè)施設(shè)備的技術(shù)改良工作，確保風(fēng)電機(jī)組更加穩(wěn)定的運(yùn)行。還應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)合理的風(fēng)電場(chǎng)管理規(guī)程，加強(qiáng)管理措施，推動(dòng)設(shè)施設(shè)備的技術(shù)改良工作，使風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展更符合我國(guó)能源需求增長(zhǎng)的需要。

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通過對(duì)上述的內(nèi)容進(jìn)行分析研究后得出，現(xiàn)如今隨著百萬(wàn)千級(jí)風(fēng)電場(chǎng)的陸續(xù)建設(shè)工作，四兆瓦及以上的機(jī)型已經(jīng)成為了陸上的主力，海上風(fēng)電已經(jīng)進(jìn)入到大容量快速發(fā)展的階段，智慧風(fēng)場(chǎng)以及無(wú)人值守會(huì)成為日后的發(fā)展趨勢(shì)，它關(guān)系到整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的效率。相關(guān)部門應(yīng)該加大對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)和故障診斷工作的力度，積極排除疑難問題，在一定程度上可以保證我國(guó)能源的可持續(xù)發(fā)展。：

[1]王達(dá)夢(mèng)，馬志勇，柳亦兵，滕偉.小故障樣本條件下的風(fēng)電機(jī)組分層貝葉斯可靠性模型[J/OL].中國(guó)電力：1-10[2019-11-12].

[2]楊勁，謝偉，張偉，王壽福，楊松圣.定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片加裝渦流發(fā)生器性能提升研究[J/OL].機(jī)電工程技術(shù)，2019（10）：124-127[2019-11-12].