风电机组常见故障分析

风电机组常见故障分析

马俊飞

大唐巴吐新能源公司  新疆库尔勒 841000

 摘要：随着世界能源需要的不断加剧，世界各国对于新兴能源的研发都渐渐的进入了实质性的开发阶段，新能源不仅可以解决如今经济高速发展与能源供给之间的矛盾，而且其本身也有其优越性，我国在这方面的研发相比于世界大国虽然起步较晚，但是发展极为迅速，如今，我国的风电装机能量已经取代美国成为世界首位，但是在技术层面上与发达国家还有一定的差距，我国的风电机组在运行时间上还有一定的局限性，当发电机组运行时间超过现有额度时，容易出现各式各样的故障性问题，因此如何更好的解决此类问题，成为如今摆在风电机组工作者面前的重要课题。

        关键词：风力发电机组；检修；质量

       随着现代科技的不断发展，电力资源被越来越广泛地应用到了人们的日常生活中，成为满足人们生产生活需求的重要能源。风力发电技术在近几年呈爆发式增长态势，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。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、检修成本高的状况[1]。       

 一、风电机组常见故障的概述

        我国地大物博，但是由于风电机组的特殊性，我国的风电机组多位于西北的干旱荒漠地区或高山、近海地区，这样的恶劣环境就为风电机组的正常运行提供了严峻的考验，风沙的侵蚀，高温的曝晒，以及严寒的冷冻等各种不利的环境对风电机组的运行都会带来负面的影响，而且，在有的时段，当风电机组运行时间相对过长时，都会在一定程度上导致风电机组故障率的增加。

        在这种局面下，如果风电机组确实出现了故障，因为风电机组上都安装了数据采集和预警雷达系统，即SCADA系统，主控室就会受到出现故障的警报，并且系统也会告知具体的故障范围，如果风电机组出现的故障距离主控室较近，这样就可以第一时间到达现场进行抢修，可是，如果故障地点距离主控室较远，这对于故障的检修就带来了一定的麻烦甚至带来严重的后果，因为当风电机组长期处于故障状态时，不仅影响了风电机组的平稳运行，而且较为严重的是，这会在一定程度上消耗风电机组的发电量，从而带来严重的恶果，因此，运用各种手段减少风电机组的故障率，并且在有限的时间内及时的排除风电机组的各类故障，对于风电机组的平稳运行和良好发电具有极其重要的意义[2]。

二、风力发电机组主要故障分析及维护措施

        （一）叶片故障

叶片是风电机组获得风能的主要部件，随着风电机组功率的不断增大，机组的叶片不断地加长、变大，重量达到数十吨，其工作状态直接影响到风电机组的性能、效率、质量和经济效益。叶片长期在露天、恶劣的环境下工作，雨水和蒸气的腐蚀，阵风或雷击等因素的破坏，长时间运行产生的疲劳裂纹等，均是叶片产生故障的隐患。常见的叶片故障包括:①梁帽强度不达标造成的叶片断裂;②因前、后缘粘接强度较弱造成的叶片开裂情况;③叶片尖部强度较弱造成的接闪器和尖部的脱落;④对剪腹板产生压力后出现的断裂情况;⑤部件连接不合理造成的螺栓磨损或扭断等情况。叶片一旦发生故障，会导致转子叶片受力不均衡，而这种应力经由主轴传递会对机舱造成一定影响，促使整个机舱颤动，严重影响风电机组的稳定性。随着故障的积累，很容易出现叶片失效断裂的情况。

目前常见的叶片裂纹检测方法为复型法、电位法、柔度法等，这些方法检测的精确度有偏差，且操作困难。当前较为先进的技术为声发射检测技术，当叶片由于外力而出现裂纹或变形，会释放高频(一般在1 kHz～1 MHz)、瞬态的声发射信号，通过传感器、放大器、采集卡接收叶片材料的声发射信号输入计算机进行数据处理分析，判断裂纹的位置和特征[3]。

        （二）齿轮箱故障。齿轮箱位于风电机组机舱内，是连接风电机组主轴和发电机的重要部件，主要作用是将主轴上较低的转速提高到相对较高的转速，以满足发电机工作所需的转速要求。齿轮箱包括行星齿轮与两级平行齿轮。其工作环境较为恶劣，内部结构和受力情况复杂，长期在变工况、变载荷的情况下运行，受交变应力、冲击载荷等作用的影响，齿轮容易发生齿面磨损、齿面擦伤、点蚀、断齿等故障。齿轮箱是风电机组正常、高效运行的保障。风电技术的快速发展和单机容量的增加，使得风电机组的规模越来越大，对齿轮箱性能的要求也越来越高。随着大型兆瓦级风电机组的投入运行，齿轮箱的故障频率也随之增加。一旦齿轮箱出现问题，除了高额的维修费用，长时间停机造成的发电量损失也是巨大的。排除和预防齿轮箱故障的主要维护手段是清洁和润滑，清洁的工作环境对于风机长期稳定运行非常重要，经常清理齿轮箱表面及内部灰尘、杂质。旋转组件需按时添加和更换润滑油，严禁风机缺油运行。

（三）轴承故障。轴承是风机的核心部件之一，风机运行过程中经常会发生轴承振动现象，经常激烈的振动可能会导致叶片、轴承、风道、机壳的损坏，还会引发固定螺栓松动，对风机安全运行产生巨大威胁。导致轴承振动的主要原因有以下几个方面:①叶片灰尘，叶片受力改变，造成负荷不均匀，引发风机和轴承振动;②叶片磨损过大，叶片重心偏移，引发风机和轴承振动;③风道系统振动引发的轴承振动。根据以上分析，不同原因导致的轴承振动应采取不同的维护措施，而且应以预防为主，首先，经常清理叶片灰尘和杂质。一旦发现叶片磨损，除及时修复叶片外，还应用动平衡法调节叶轮重心。而风道系统振动则应通过调节扩散筒下部的支撑点来消除。另一种常见的轴承故障为轴承过热，导致轴承损耗加大，减少轴承寿命。此类故障一般为润滑和冷却效果不佳导致。润滑方面，注意添加润滑剂时应根据风机工况适量添加，过量也会导致轴承温度短时间快速上升;冷却方面，最好的维护手段，则是将压缩空气冷却设置在轮毂侧轴承，根据温度情况及时调整压缩空气冷却强度，以此达到控制轴承温度的目的。

        （四）发电机故障。发电机是风电机组的核心部件，其功能是将旋转的机械能转化为电能，为电气系统供电。长期运行于变工况和电磁环境中，易发生故障。常见的故障模式有发电机振动过大、发电机温升高、转子/定子线圈短路、转子断条等。

三、常见的风力发电机组故障检修策略

       （一）故障检修

故障检修指的是当发电机组出现故障之后能够迅速通过相关技术展开检修工作，这种检修策略通常都需要长期的检修时间、工作量大且繁重。在这种故障检修工作中，往往都需要对发电机组内部的构件进行大量的修改，其维修费用高不说还容易导致故障的进一步扩大，因此这种检修方法在目前主要应用在大型的发电机组故障或者灾难性故障处理中。

       （二）改进性检修

改进性检修即是指对发电机组的频发故障或先天性缺陷进行检修。通常当发电机组投运不久后，各个构件之间的协调性不足、设计上存在的缺陷等问题均将一一出现，还有些构件还没有通过长期的严重就直接进行大面积地推广应用，这就大大增加了构件的故障发生率，此时就可以选择运用改进性检修策略，从故障发生源上解决故障发生率高的问题。

       （三）预防性检修

所谓的预防性检修即是指按照预先制定的周期，定期更换发电机组的内部构件或者对机组进行重新地局部紧固、调整，该检修策略主要是将风力发电机组的各个构件的工作状态调整到标准状态。其中预防性检修的工作核心是首先找到造成机组重复性故障或者生产损失的本质原因，并及时地清除。然而，在进行检修时，要尽量地进行规模较小的构件拆除，如果在风力发电机组的某一个构件的寿命期没有开展主动检修或者重新更换，机组内部的大部分部件将仍正常、稳定的运转，将会有效地降低故障发生率。

       （四）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。
四、风电机组的保养和维护
        前面我们已经提到，由于我国的风电机组主要分布在西北、高山、近海等恶劣的环境中，因此，如果要想长期的保持风电机组平稳健康的运行，做好风电机组的保养和维护工作就显得非常之重要了，我们从以下几个方面提出几条合理化的建议，以供参考。
       （一）风电机组的电气保养和维护
        在确保风电机组的各个开关已经停止运行的前提下，进行风电机组的电气维护，首先需要检查断路器的线路能否快速的分断和分流，如果分断不及时，应该及时的更换新的断路器，然后对发电机和各个变流器内部的风扇的散热情况和噪声情况进行系统的排查，如果散热情况不理想或者说噪音很大，应对其进行擦拭和清洁工作，严重的话，则要进行更换，维护的频率应控制在至少一年一次。
       （二）齿轮箱的保养和维护
        在保证专业受训人员进行齿轮箱检查的前提下，首先应对齿轮箱内部的各个零件进行一一的排查，当中重点是对轴承和油路进行检查，如果出现问题，及时更换原有的零件和轴承，并且对于齿轮箱的重要零件要进行补漆处理，并在相应出抹上密封胶，防止零件出现腐蚀的现象，检查完毕后，要完成相应的检查报告。
五、结语：
        风力发电在为人类带来便捷电力能源的同时，也存在一定的故障隐患，这些故障不仅在一定程度上影响了风力发电机组的正常运转，而且还隐藏着一定的安全事故隐患，一旦发生，就会影响电力供给的稳定性。
        参考文献：
        [1]张建.风能与风力发电技术[M].北京：化学工业出版社，2018.
        [2]李小玮.风力发电机组常见故障及排除策略[M].北京：机械工业出版社，2018.
      [3]杨儒龙,刘述喜.双馈风电机组常见故障分析与处理[J].设备管理与维修,2017,(08):63-65.