風(fēng)電機組的日常檢修維護(hù)與故障處理

風(fēng)電機組的日常檢修維護(hù)與故障處理風(fēng)力發(fā)電是我國的主要發(fā)電方式之一，近年來取得了很大程度上的發(fā)展，現(xiàn)階段處于穩(wěn)步發(fā)展時期。為了保證風(fēng)電場運行的穩(wěn)定性與可靠性，提升風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，做好運維工作與故障監(jiān)測分析十分重要，因此在本之中，主要對風(fēng)電機組的日常維護(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)的參考價值。關(guān)鍵詞：風(fēng)電機組;日常檢修;維護(hù);故障處理;分析2019年以來，隨著多個百萬千瓦級風(fēng)電場的陸續(xù)開建，陸上風(fēng)電進(jìn)入4.0時代。而海上風(fēng)電也邁入大容量高速發(fā)展階段，風(fēng)電場的日常檢修和維護(hù)工作就顯得尤為關(guān)鍵，同時合理的檢修和維護(hù)工作也是保障風(fēng)電機組能夠持續(xù)穩(wěn)定的重要因素。通過對機組進(jìn)行日常檢修，我們能夠有效掌握風(fēng)電機組當(dāng)前的運行情況，了解機組各個零部件的運行狀況是否存在問題，擬定出針對這一機組的維護(hù)計劃，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，造成對人身安全的危害或財產(chǎn)損失。本文分析了風(fēng)電機組的常見故障和診斷方法，并針對問題提出對應(yīng)的檢修和故障處理策略，有助于保證風(fēng)電機組的安全運行，確保機組可利用率和發(fā)電場經(jīng)濟(jì)效益的提升。一、風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)維修與故障診斷的意義風(fēng)力發(fā)電主要依靠的是風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)間各個程序的相互配合，其也是風(fēng)力發(fā)電工程的主要工作體系，風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)運行過程以及運行模式時時刻刻都會對風(fēng)力發(fā)電的速率以及效率產(chǎn)生影響。風(fēng)電機組系統(tǒng)內(nèi)部如果發(fā)生故障未得到及時的處理，很有可能會對整個機組造成零部件的損壞，降低其使用壽命，嚴(yán)重的還可能會對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)電機組系統(tǒng)癱瘓，無法正常使用，二、風(fēng)力發(fā)電機組故障特性風(fēng)力發(fā)電機組的使用壽命一般為20～25年，大部分風(fēng)電機組安裝在草原牧區(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)電機組長期在沙塵、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)速對其的影響，使得機組的實際工作狀況異常復(fù)雜，很容易造成風(fēng)電機組的相關(guān)零部件在實際的壽命期當(dāng)中產(chǎn)生損壞和發(fā)生故障。小的故障造成風(fēng)機停機，損失風(fēng)電場發(fā)電量;大的故障造成大部件（如發(fā)電機，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、運輸、吊裝、長時間的停機會給風(fēng)機制造商和風(fēng)電場造成巨大的損失。由于風(fēng)電機組的高度一般在70～90m之間，機組內(nèi)有大量的機械部件和電氣部件，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、機械傷害和人員墜落等人員傷害，甚至死亡。風(fēng)電機組如果經(jīng)常產(chǎn)生故障，不但增加維護(hù)工作量，最為嚴(yán)重的就是機組往往在沒有達(dá)到使用壽命期限就會出現(xiàn)報廢。三、風(fēng)電機組的常見故障及診斷方法1.主控系統(tǒng)的故障及診斷方法分析對于主控系統(tǒng)而言，主要作為風(fēng)機的大腦，是風(fēng)機的核心部件，風(fēng)機運行的邏輯判斷以及動作主要作為主控系統(tǒng)所發(fā)布出來的，現(xiàn)如今主流的控制系統(tǒng)主要是我PLC的模塊化設(shè)計工作，背板為總線連接的方式。對于這類電子器件，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，或者是對器件進(jìn)行更換。然而外部故障主要是在后臺監(jiān)控SCADA系統(tǒng)中根據(jù)警報的方式進(jìn)行提醒，通過借助報警提示以及代碼的描述，能夠快速的對外部器件故障點進(jìn)行定位，對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，如果忽視會導(dǎo)致風(fēng)機的安全運行出現(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)電機組最重要的執(zhí)行機構(gòu)，是整個風(fēng)機系統(tǒng)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制、并獲得最大風(fēng)能利用率的重要保證之一。同時也是風(fēng)電機組安全運行的保障，在超過風(fēng)機正常運行范圍的大風(fēng)況下，接受主控系指令進(jìn)行收槳動作，有效的保障風(fēng)機的安全性。變槳系統(tǒng)的主要故障分為電氣故障和機械故障兩部分，由于變槳系統(tǒng)器件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是風(fēng)電機組中故障率最高的部件。電氣部分的維護(hù)主要分為手動變槳測試、急停收槳測試、充電回路測試、變槳電池檢查等。機械部分則包括變槳電機、變槳軸承密封性、潤滑油系統(tǒng)檢查等。變槳系統(tǒng)屬于旋轉(zhuǎn)部件，對輪轂內(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，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)機的安全運行。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)電機組的主要故障形式則包含：（1）齒面損耗。風(fēng)電機組的齒面損耗其主要是齒輪的磨損和腐蝕。磨損是風(fēng)電機組機械傳動由于潤滑不足和異物進(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械電蝕。（2）齒面膠合。風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)中的齒輪高速運轉(zhuǎn)，如果齒輪箱中的潤滑環(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，齒輪箱的齒輪長時間處于重載工作狀態(tài)時，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齒輪振動管信號調(diào)制。風(fēng)機傳動系統(tǒng)齒輪箱故障多為齒輪電蝕、齒輪折斷等故障，這些故障均會引起周期性脈沖沖擊，振動信號會出現(xiàn)調(diào)制現(xiàn)象，并且在振動信號頻譜上表現(xiàn)為齒輪咬合頻率、齒輪箱固有振動頻率兩側(cè)分布均勻齒輪故障診斷中，其診斷信號調(diào)解工作顯得尤為重要。如果齒輪箱發(fā)生故障，則在檢測振動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)電機故障發(fā)電機是風(fēng)電機組的核心部件，其功能是將旋轉(zhuǎn)的機械能轉(zhuǎn)化為電能，為電氣系統(tǒng)供電。長期運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)電機振動過大、發(fā)電機溫升高、轉(zhuǎn)子/定子線圈短路、轉(zhuǎn)子斷條等。一般來說，導(dǎo)致發(fā)電機故障的原因為：螺栓松動、油路不通、軸承過度磨損、管路接觸不良或擊穿。針對這些常見的故障，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。由于長時間處于空氣中，受自然環(huán)境影響，葉片容易被腐蝕，這會導(dǎo)致葉片結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易脫落。一旦葉片發(fā)生故障，首先影響個發(fā)電機組的受力平衡，這種受力不平衡將會對發(fā)電機艙造成影響，導(dǎo)致機艙顫抖，影響整個機艙的穩(wěn)定性。四、故障檢修措施1.合理的選擇檢修方式根據(jù)現(xiàn)如今風(fēng)電機組可能會出現(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。在機組使用初期，故障率通常是比較高的，這個時候故障主要是因為設(shè)計不合理或者是制造上缺陷導(dǎo)致的，或者因為工作人員自身維護(hù)不合理導(dǎo)致的，為了對這個問題進(jìn)行解決，必須要提高對風(fēng)機的日常檢修和檢查工作，及時的發(fā)現(xiàn)隱患問題，快速進(jìn)行解決。在風(fēng)電機組通過了二百四十個小時之后，風(fēng)電機組的運行會逐漸的穩(wěn)定。運維人員需要嚴(yán)格的執(zhí)行維護(hù)計劃，定期對機組進(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)電機組運行第二年，運維人員會根據(jù)日常維護(hù)中的設(shè)備故障概率，建立起相應(yīng)的儲備制度，減少無設(shè)備更換導(dǎo)致的停機時間。在設(shè)備運行第三年，風(fēng)電機組已經(jīng)是進(jìn)入到了穩(wěn)定運行階段，這個時候運維人員需要該風(fēng)場的特點建立其日常檢修和定期保養(yǎng)，對各種類型的故障檢查和修理，消除故障可能會存在著故障隱患。風(fēng)電機組在投入運行五年之后，大部分的零件會出現(xiàn)老化以及異響等問題，這個時候需要在日常檢修的基礎(chǔ)上增加精細(xì)化的檢修，對其進(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)電機組是一個復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，機組的故障在出現(xiàn)前期必定會出現(xiàn)一些征兆。我們應(yīng)對機組故障數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，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)電機組故障的發(fā)生機理，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，為機組維護(hù)策略的持續(xù)改進(jìn)提供重要依據(jù)。目前國內(nèi)通常是將故障樹分析法作為基礎(chǔ)，進(jìn)行風(fēng)電機組故障的FMEA模式分析。針對并網(wǎng)風(fēng)電機組故障分析，首先對其進(jìn)行科學(xué)合理性的劃分，通常會把風(fēng)電機組劃分為多個故障子系統(tǒng)，其中涵蓋了：發(fā)電機、風(fēng)輪、傳動系統(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）對各子系統(tǒng)開展故障分析，最終形成風(fēng)電機組及故障子系統(tǒng)的FMEA分析報表，給出各個故障子系統(tǒng)與機組故障類別的故障模式及影響分析、故障概率級別等，對于故障模式、故障原因、故障因素進(jìn)行分析，同時制定與之相應(yīng)的處理措施。并依據(jù)此結(jié)論對機組的維護(hù)策略進(jìn)行完善優(yōu)化、持續(xù)改進(jìn)。3.采用有針對性的故障處理策略各種類型的風(fēng)機在長期的運行過程中應(yīng)采取不同的故障處理策略。例如，風(fēng)機功率曲線不達(dá)標(biāo)、個別機組無法滿發(fā)。此時應(yīng)當(dāng)先從機組葉片對零、風(fēng)向標(biāo)對北、機組找中等機械部件方面入手檢查，同時對風(fēng)機算法和控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化等軟件方面進(jìn)行多種檢測，另外還要考慮到風(fēng)機機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)變槳電機頻繁發(fā)生故障時，除考慮變槳電機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滑效果、收開槳邏輯等都會對變槳電機故障造成重要影響。甚至由于各風(fēng)場所處區(qū)域，風(fēng)機特性差異較大，通過實施糾正性技術(shù)改造加以解決。風(fēng)電場的運行維護(hù)和故障處理需要我們在日常維護(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)電場管理規(guī)程，加強管理措施，推動設(shè)施設(shè)備的技術(shù)改良工作，確保風(fēng)電機組更加穩(wěn)定的運行。還應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)合理的風(fēng)電場管理規(guī)程，加強管理措施，推動設(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)展更符合我國能源需求增長的需要。結(jié)束語：通過對上述的內(nèi)容進(jìn)行分析研究后得出，現(xiàn)如今隨著百萬千級風(fēng)電場的陸續(xù)建設(shè)工作，四兆瓦及以上的機型已經(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)場以及無人值守會成為日后的發(fā)展趨勢，它關(guān)系到整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的效率。