風(fēng)力發(fā)電主要設(shè)備可靠性現(xiàn)狀與應(yīng)對措施

風(fēng)力發(fā)電主要設(shè)備可靠性現(xiàn)狀與應(yīng)對措施摘要：近年來，風(fēng)力發(fā)電得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。風(fēng)力發(fā)電部套件及控制系統(tǒng)隨著運(yùn)行時間的增長，或因維護(hù)不當(dāng)，風(fēng)力發(fā)電主要不套件和控制系統(tǒng)在生產(chǎn)運(yùn)行中也逐步暴露出一些缺陷隱患，影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的長期安全運(yùn)行。研究風(fēng)力發(fā)電設(shè)備部套件及系統(tǒng)運(yùn)行故障缺陷及應(yīng)對措施，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電裝備和技術(shù)水平不斷意義重大。結(jié)合運(yùn)行風(fēng)電場維護(hù)經(jīng)驗(yàn)及主要設(shè)備缺陷隱患，開展風(fēng)力發(fā)電主要設(shè)備及自動化控制系統(tǒng)可靠性現(xiàn)狀分析，優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)控、控制策略，是及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備缺陷隱患的技術(shù)保障，也將促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備技術(shù)和維護(hù)水平不斷提升，也是保證風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及電氣自動化控制設(shè)備的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行重要措施。關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電；自動化；故障缺陷；應(yīng)對措施由于電氣自動化控制設(shè)備在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，改變了風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)方式，提高了設(shè)備生產(chǎn)效率，經(jīng)濟(jì)和社會進(jìn)步顯著，節(jié)能減排效果明顯。但是，隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行年限的增長，轉(zhuǎn)動機(jī)械出現(xiàn)機(jī)械磨損、疲勞現(xiàn)象，電氣設(shè)備的逐步老化。忽視風(fēng)電機(jī)組部套件及電氣自動化控制設(shè)備的故障預(yù)防和維護(hù)，將導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)常因?yàn)殡姎庾詣踊刂圃O(shè)備的故障而不得不停機(jī)停產(chǎn)。因此，加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備維護(hù)、技術(shù)升級和技術(shù)培訓(xùn)，建設(shè)高水平的維護(hù)隊(duì)伍，提高風(fēng)力發(fā)電設(shè)備及電氣自動化控制設(shè)備的故障預(yù)防和維護(hù)水平，是推動風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展的必要措施。目前，常見的并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有異步發(fā)電機(jī)、雙饋異步發(fā)電機(jī)、永磁或電勵磁同步發(fā)電機(jī)。以雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用水平軸、三葉片、變槳距調(diào)節(jié)、主軸兩點(diǎn)支撐結(jié)構(gòu)，主要部件包括葉片、輪轂、變槳系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、機(jī)架、塔架、測風(fēng)系統(tǒng)等。隨著這些發(fā)電機(jī)組運(yùn)行年限的不斷增長，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一些部套件逐步暴露處一些故障、缺陷，影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。1風(fēng)機(jī)葉片常見故障缺陷及相應(yīng)措施葉片老化的類型主要有濕熱老化、化學(xué)介質(zhì)老化、紫外老化、物理磨蝕老化、鹽霧腐蝕老化等五種。葉片損壞主要有：斷裂失效、開裂失效、雷擊造成的損傷、局部表面磨蝕、局部表面裂紋、運(yùn)輸和吊裝造成的損傷、運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)造成的損傷等。葉片結(jié)構(gòu)一股分為外殼和主梁兩個主要部分，受制造工藝、黏結(jié)工藝等隨機(jī)因素的影響，通常在復(fù)合材料板內(nèi)部及葉片前、后緣及殼梁粘接處容易產(chǎn)生缺陷，常見缺陷有夾雜、氣孔、裂紋、分層等；另外因長期運(yùn)行可能出現(xiàn)防雷引線、滑環(huán)松脫。葉片的缺陷可能只是一種類型，也可能是幾種類型的缺陷同時存在。針對不同情況，采取不同措施。針對葉片老化，需要在設(shè)計選材及制造環(huán)節(jié)和防腐材料上把好關(guān)，確保生產(chǎn)制造工藝質(zhì)量。另外就是做好日常維護(hù)檢查，發(fā)現(xiàn)裂紋、雷擊影響到一定程度后必須進(jìn)行修復(fù)。定期做好以下工作:每季度對葉片表面、葉尖、雷電接閃器等外觀一次檢查：每季度對機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時是否有異響進(jìn)行一次檢查；每季度進(jìn)行手動停機(jī)限位開關(guān)觸發(fā)檢查一次；每季度一次變槳系統(tǒng)開槳70°急停收槳測試；每年一次大梁、粘合面等內(nèi)部檢查：每季度一次避雷引線的檢查；每年一次雷電計數(shù)卡檢查；每年一次葉片防雷通斷檢查；每年一次葉片內(nèi)殘渣清除；每年校正葉片零度一次。通過定期檢查測試，才能及時發(fā)現(xiàn)故障缺陷，及時采取應(yīng)對措施。2風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)故障缺陷及應(yīng)對措施風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)由輪轂罩、變槳軸承、變槳驅(qū)動裝置、變槳控制柜、變槳接近開關(guān)、變槳限位開關(guān)、緩沖器、極限工作位置撞塊等組成。風(fēng)機(jī)變槳軸承屬于機(jī)械磨損件，隨著運(yùn)行年限的增加，可能因?yàn)樵O(shè)計、軸承潤滑不到位等原因，產(chǎn)生機(jī)械疲勞，出現(xiàn)機(jī)械卡涉、軸承齒面開裂、斷裂現(xiàn)象，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致葉片脫落輪轂掉落。如圖1風(fēng)機(jī)變槳軸承齒面開裂。圖1風(fēng)機(jī)變槳軸承齒面開裂圖1為風(fēng)機(jī)巡視檢查中發(fā)現(xiàn)的變槳軸承齒面開裂照片。針對該類型缺陷，在設(shè)計時就應(yīng)充分考慮各種運(yùn)行工況軸承承受的軸向和徑向載荷，考慮充分的承載裕量。在運(yùn)行期間，定期做好維護(hù)、檢查，以便提前發(fā)現(xiàn)缺陷隱患，采取措施避免缺陷擴(kuò)大引發(fā)事故。變槳系統(tǒng)故障一般還有滑環(huán)故障、變槳電池故障、三葉片變槳不同步故障、變槳電機(jī)及減速器故障、變槳軸承故障、變槳超限位故障等。變槳超級電容故障,在機(jī)組失去外部動力電源,緊急停機(jī)的情況下,由于備用電源的失效,而造成機(jī)組氣動制動系統(tǒng)失效,將可能導(dǎo)致飛車的嚴(yán)重后果。針對以上故障，可以在現(xiàn)場監(jiān)測和控制邏輯上下功夫，完善變槳系統(tǒng)狀態(tài)、重要部件自動定期自檢，完善相關(guān)告警設(shè)置，可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障缺陷，提前進(jìn)行應(yīng)對處理。另外就是做好定期檢查工作：每季度一次變槳軸承密封檢查及廢油脂清理；每季度清理/更換集油袋或集油瓶一次；每半年一次齒輪表面檢查；每半年一次變槳軸承齒面手動潤滑、防銹；每半年一次注油小齒輪支架與輪轂的連接螺栓力矩檢查；每季度檢查葉片與變槳軸承連接螺栓一次；每季度檢查變槳軸承與輪轂連接螺栓一次；每季度檢查潤滑系統(tǒng)是否正常工作一次；每季度檢查油泵、管路、分配器是否堵塞、泄漏一次；每年檢查潤滑系統(tǒng)潤滑時間設(shè)置一次；每季度變槳潤滑油泵加注潤滑油脂一次；每季度一次照明檢查；每年一次變槳柜體與輪轂連接螺栓力矩檢查；每半年一次柜體之間電纜固定檢查；每年一次變槳齒輪箱油位檢查；每年對變槳齒輪箱加注潤滑脂一次；每季對度變槳齒輪箱密封檢查一次；每半年對變槳控制柜緊固、連線、超級電容及相關(guān)保護(hù)檢查一次。3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系統(tǒng)故障缺陷及應(yīng)對措施風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將風(fēng)輪捕獲的能量傳遞給發(fā)電機(jī)。主要部件包括：主軸、齒輪箱、轉(zhuǎn)子制動器、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)等。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時間增長或維護(hù)不到位，相關(guān)轉(zhuǎn)動部件出現(xiàn)磨損或機(jī)械疲勞，傳動系統(tǒng)的發(fā)電主軸、齒輪箱、轉(zhuǎn)子制動器、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)軸承常見缺陷為軸承磨損、異響、開裂、斷裂、軸系不對中等缺陷隱患，若發(fā)現(xiàn)不及時，致使缺陷擴(kuò)大，將最終導(dǎo)致設(shè)備事故，如下圖2為一齒輪箱中速軸齒輪斷齒。圖2齒輪箱中速軸齒輪斷齒風(fēng)力發(fā)電機(jī)在安裝、檢修后若軸系對中不好，在風(fēng)力以及運(yùn)行高溫共同影響下，發(fā)電機(jī)齒輪箱內(nèi)的阻尼器會出現(xiàn)變形，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和軸承無法保持在對中狀態(tài)，發(fā)電機(jī)軸系會出現(xiàn)不規(guī)律振動，致使前后旋轉(zhuǎn)裝置軸心無法保持在同一條直線狀態(tài)，進(jìn)而引發(fā)軸承出現(xiàn)故障，最終導(dǎo)致軸承、齒輪磨損、發(fā)熱加劇，若在進(jìn)一步劣化，將引發(fā)重大設(shè)備事故。在傳動系統(tǒng)中，滾動軸承經(jīng)過長時間運(yùn)行，在風(fēng)機(jī)啟動、剎車過程中均會受到一定程度沖擊，進(jìn)而出現(xiàn)磨損、、剝落、點(diǎn)蝕、裂紋、斷裂現(xiàn)象，致使軸承在運(yùn)行中出現(xiàn)較大的噪音、振動，同時因摩擦增大致溫度升高。發(fā)電機(jī)故障可分為定子繞組故障和軸承故障。出現(xiàn)定子繞組故障時，繞組出現(xiàn)破壞、磨損以及裂紋等情況，此時繞組無法提供絕緣功能。出現(xiàn)軸承故障時，不同部分的故障會產(chǎn)生不同的振動、異響及溫升信號，將使軸承出現(xiàn)內(nèi)外圈損壞、點(diǎn)蝕以及磨損等情況。對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以上故障缺陷的診斷，可以通過在風(fēng)機(jī)傳動系統(tǒng)各部位加裝測振、測溫、測速等監(jiān)測裝置，進(jìn)入狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)綜合相關(guān)數(shù)據(jù)定期進(jìn)行綜合、累計分析，提煉出異常數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合異常分析數(shù)據(jù)發(fā)出報警、停機(jī)信號。維護(hù)人員可以根據(jù)相關(guān)報警及異常數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場檢查，可以提前發(fā)現(xiàn)相關(guān)轉(zhuǎn)動部件的劣化趨勢，提前采取措施，防止缺陷擴(kuò)展和進(jìn)一步劣化。另外還應(yīng)做好定期維護(hù)檢查。每季度檢查主軸排油口、轉(zhuǎn)速傳感器、主軸處防雷裝置、鎖緊螺母及鎖緊裝置檢查、軸鎖潤滑、異響及溫升、潤滑油泵、油泵、管路是否堵塞、泄漏一次；每季度查潤滑系統(tǒng)潤滑時間設(shè)置、潤滑油泵加注潤滑油脂、油位，根據(jù)實(shí)際情況加油；對管路、接頭、中心孔、端蓋、蓋板、冷卻器等密封檢查；每半年取油樣化驗(yàn)一次；每季度檢查及測試傳感器、振動模塊一次；檢查齒輪箱彈性支撐、接地、箱濾芯，必要時更換；每年開展內(nèi)窺鏡檢查一次；每半年檢查冷卻風(fēng)扇運(yùn)、加熱器運(yùn)行、接線盒內(nèi)接線端子的緊固一次；每季度檢查并根據(jù)情況更換齒輪箱空氣過濾器一次；每季度對聯(lián)軸器外觀變色、裂紋檢查一次；每半年檢查高速剎車盤止退螺栓力矩、聯(lián)軸器力矩限制器螺栓一次；每季度對剎車盤、剎車罩殼及油管外觀、表面磨損、厚度、竄動、后移、破損、開裂、間隙調(diào)整等檢查一次；每季度對發(fā)電機(jī)接線盒內(nèi)接線端子緊固、接地線、轉(zhuǎn)速傳感器、濾網(wǎng)、碳粉收集盒及管道、風(fēng)扇/排風(fēng)管、集電環(huán)表面、接觸面、集電環(huán)外罩、電刷和刷架、定轉(zhuǎn)子雷電保護(hù)、絕緣電阻測量檢查一次；每年對發(fā)電機(jī)軸系進(jìn)行一次找中；每季度檢查液壓油位、油位傳感器、過濾器、調(diào)偏航剎車殘余壓力、調(diào)整主軸剎車殘余壓力或減壓閥壓力一次。對于無法通過自動監(jiān)測、監(jiān)視的部件，采取定期維護(hù)檢查是不可或缺的維護(hù)手段。只有通過定期檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常運(yùn)行及缺陷，并及時安排處理，可以有效防止設(shè)備缺陷擴(kuò)大，保障設(shè)備本質(zhì)安全和運(yùn)行效率。4風(fēng)力發(fā)電機(jī)變頻系統(tǒng)故障缺陷及應(yīng)對措施雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙饋?zhàn)冾l器在雙饋發(fā)電系統(tǒng)中，是核心的能量轉(zhuǎn)換控制單元。一般分為機(jī)側(cè)變頻器與網(wǎng)側(cè)變頻器。其中機(jī)側(cè)變流器主要的職責(zé)是通過控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵磁電流來實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)輸出有功功率和無功功率的控制。變頻器故障主要有變頻器誤操作、預(yù)期效果誤差大、過壓、過流、過熱、功率模塊過熱炸裂等。由于風(fēng)電變頻器工作環(huán)境惡劣，運(yùn)行中功率模塊發(fā)熱較大，若散熱系統(tǒng)及溫度保護(hù)失效，將引發(fā)功率模塊過熱炸裂的情況，如下圖3變頻器功率模塊電容炸裂照片。圖3變頻器功率模塊電容炸裂變頻器在運(yùn)行中，可能因?yàn)殡娫蠢纂姴ㄈ肭?、濾波原件損壞、故障產(chǎn)生過壓，過電壓可能擊穿IGBT功率模塊。常見的IGBT功率模塊過熱可以通過檢查模塊散熱器上的導(dǎo)熱硅膠及柜內(nèi)溫度監(jiān)測發(fā)現(xiàn)。除此之外IGBT在過壓，過流、過熱、電源電壓欠壓情況下也會產(chǎn)生故障信號，可通過監(jiān)控軟件及時發(fā)現(xiàn)，對發(fā)現(xiàn)故障的功率模塊應(yīng)及時進(jìn)行更換。為保障變頻器的安全可靠運(yùn)行，在設(shè)計是應(yīng)充分考慮電力電力器件的過流、過壓裕量及溫度參數(shù)，充分考慮變頻器運(yùn)行散熱問題，這樣才能保障變頻器的長期穩(wěn)定運(yùn)行。為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變頻器長期穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)做好變頻器的定期維護(hù)工作。每半年變頻器內(nèi)部積灰清理一次；每季度對變頻器防塵濾網(wǎng)檢查一次；每半年進(jìn)行一次整機(jī)機(jī)柜檢查；每年進(jìn)行一次功率回路及回路主開關(guān)檢查、控制電路及軟件檢查、元件檢查、信號電路檢查、安全功能檢查。5結(jié)論風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的不斷建設(shè)投運(yùn)促使發(fā)電設(shè)備的裝備及技術(shù)水平不斷提高。研究風(fēng)力發(fā)電設(shè)備部套件及系統(tǒng)運(yùn)行故障缺陷及應(yīng)對措施，促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電裝備和技術(shù)水平不斷進(jìn)步勢在必行。風(fēng)力發(fā)電設(shè)計時，充分考慮風(fēng)電設(shè)備各部套件及系統(tǒng)的在線故障監(jiān)測，提升自動控制水平，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常，為定期維護(hù)及故障缺陷處理提供參考，對提升風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行周期意義重大。參考文獻(xiàn)：[1]楊星.電氣自動化控制設(shè)備故障預(yù)防與檢修技術(shù)探析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2021,1