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风力发电机运行维护分析张晔

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：张晔

[导读] 摘要：风力发电机是风电场最重要的生产设备之一，其运行工作质量的好坏将直接影响到风电场的稳定以及发电的连续性。

        华电山西能源有限公司新能源分公司山西省太原市 030006
        摘要：风力发电机是风电场最重要的生产设备之一，其运行工作质量的好坏将直接影响到风电场的稳定以及发电的连续性。根据风力发电机的日常运行维护过程中所遇到的问题，及时总结处理经验和防范方法，为同行在机组的运行维护过程中提供借鉴。
        关键字：风力发电机；运行维护
        风力发电机是实现风能、机械能与电能之间相互转化的机电设备，在风电场中风力发电机是十分重要的设备，长期使用过程中风力发电机很容易出现各种故障问题，对此必须要加强风力发电机运行维护，提高风力发电机的运行效率。
        1风力发电机运行特征
        风力发电机组的实际使用寿命一般为二十年，然而因为风电机组大部分在草原牧区、高原地带、沿海岛屿、山区等区域安装，并且这些区域的自然环境都非常复杂，发电机组长期工作在沙尘、低温、冰雪、雷电、风暴等恶劣环境中，由于受到自然环境因素对其的影响，并且受到荷载以及风速对其的影响，使得机组的实际工作状况比较复杂，很容易造成风电机组的相关零件在实际的寿命期当中产生损坏和故障，使得机组自身的安全性以及可靠性受到很大的影响。风电场机组分布范围通常都很大，在产生故障时不容易被及时的发现，维护当中也非常困难，这样就会造成维护成本增加。为了在此基础上保证风电机组的安全可靠，将维护成本降低，就需要对风能资源合理应用，将风电机组的可靠性以及高效利用率提升，将风电机组的使用寿命有效提升。
        因为风电机组长期在恶劣的自然环境中存在，所以其自身的机组部件很容易产生故障，风电机组往往因为某些部件产生故障而出现停机。如果经常产生故障，不但在维护中有着很大的工作量，最为严重的就是机组往往在没有达到使用寿命期限就会出现报废。为了提升机组的自身可靠性，就需要将机组故障发生率降低，需要对机组故障的基本状况、发展趋势、风电机组系统及其主要问题等进行多方面的研究，发现其中隐藏的规律，再采取有效措施，从而减少或预防故障的发生。
        2.风力发电机的运行维护
        2.1日常检修
        风力发电机的日常检修属于最基础的运行维护措施，风力发电机日常运行中出现的故障问题都要通过检修的方法进行处理。本文通过总结风力发电机日常检修的基本措施，解决运行中的故障问题。
        （1）看：检修人员在风力发电机日常运行期间采用直接观察的方法评估运行状态，观察风力发电机中安全平台与构件连接的牢固性，观察连接螺栓的固定性，观察电线电缆的状态，检修人员重点观察风力发电机齿轮、旋转位置处的润滑油，不能出现漏油、干燥的情况，观察润滑位置是否需要清理。（2）听：日常检修中听风力发电机的异常声音，可以判断发电机的运行状态，发电机工作时有放电、摩擦、击打等声音时表示有故障，检修人员应该熟悉掌握风力发电机正常工作时的声音，根据经验听取风力发电机的声音，重点听风力发电机的控制柜、齿轮箱、轴承、闸盘闸垫、叶片等。（3）故障维护：风力发电机日常检修中发现故障后，就要采取故障维护的措施，专门解决发电机的故障，待风力发电机恢复正常后，检修人员要综合检查发电机的状态，排查发电机的连接线，防止出现连接错误的情况，除此以外检修人员还要清理风力发电机故障维护的现场，为发电机运行提供良好的工作环境。
        2.2定期维护
        风力发电机定期维护措施在运行维护中具有计划性和预防性的特征，因此，应制定定期检修、保养的计划，全面预防风力发电机故障。以某风力发电厂为例，分析风力发电机定期维护的措施。该案例中定期维护计划中规定，风力发电机周围环境温度低于5℃时，为了提高风力发电机的固定水平，需要采用运行维护的手段促使其固定力矩低于额定力矩的80%，此时运行维护人员针对风力发电机展开了一系列的维护保养。
        （1）连接件：风力发电机的连接件直接关系到整机的固定效果，定期维护中全面检查连接件的固定状态，逐一排查连接件性能、构件力矩、传动部件等，维护连接件的稳定性。（2）润滑系统：案例中风力发电机的润滑系统分为干油润滑、稀油润滑两种，以干油润滑为主的设备有偏航齿轮、偏航轴承等，此类设备运行时会产生高温，容易损坏润滑油，运行维护时检查润滑效果和油质，稀油润滑的设备有偏航减速齿轮、发电机齿轮箱，检查过程中补充润滑油，避免出现油量过低的情况。（3）螺栓：运行维护时检查螺栓是否松动，紧固松动的螺栓。（4）过速测试：定期维护中测试风力发电机模块的极限定值，运行期间防止超过极限定值，确保风力发电机的安全性。

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        2.3故障处理
        风力发电机运行维护中的故障处理是指针对已经出现的故障提出有效的处理措施。风力发电机在风电场中持续、不间断的工作容易导致发电机设备存在潜在故障隐患。本文以某案例中的风力发电机过热故障为例，分析运行维护时故障处理措施的应用。案例中，风力发电机机壳的温度已经超过了60℃，维护人员经过检查后发现，风力发电机的磁片、转子轴安装误差超限、轴承安装间隙较小，此类故障隐患的作用下，发电机运行时转子扫膛，转子磁极碰撞定子铁芯，而且轴承偏磨严重并发生损坏，风力发电机处于带病作业状态，维护人员更换了弯曲的转子轴，准确校正了转子轴的安装位置，调整了轴承间隙，同时清理轴承位置并重新添加了润滑油，风力发电机运行时仍旧存在过热的情况，此时维护人员再次检查故障点，发现故障来源于轴承位置，更换新的轴承后故障消失。
        2.4保养措施
        保养是风力发电机运行维护的重要措施，风力发电机禁止有带病作业的情况，运行维护时采用保养措施，消除潜在的故障隐患。例举风力发电机运行维护中的保养措施：1）构建保养制度，推行日常保养和定期保养，预防发电机设备故障，保养的过程中更换有故障的设备，解体清洗主要的零部件，合理调整风力发电机的设备间隙。2）建立保养档案，保养档案中详细记录风力发电机的运行状态、修理次数和工作时间，运行维护时根据保养档案中的信息制定检修计划，提高风力发电机的维护水平。3）实行独立保养，风力发电机的保养措施中，风机和储能蓄电池要实行独立保养，分别制定出保养的规章制度，维护人员严格按照规章中的内容实行独立保养。
        3.风力发电机运行维护案例
        3.1概述
        某风电场2号发电机停机之前，运行参数一切正常｡12月4日抽转子，转子静置在发电机平台上，之后对发电机转子进行预防性维修试验｡在测量转子绕组直流电阻时，采用不同仪器多次测量，但试验结果始终偏大｡
        考虑到温度对导体电阻的影响，按式(1)对直流电阻进行换算，统一换算到75℃｡
        R75=(234.5+75)/(234.5+t)×Rt(1)
        式中，Rt为在t温度下所测绕组的直流电阻值;T为测量时线圈温度｡
        根据《电力设备预防性试验规程》规定，发电机转子的直流电阻应在冷态下进行测试，与初次所测结果比较，其差别一般不超过2%｡根据计算结果可知，2号机组所测试验数据超出合格范围，须进一步查明原因｡
        3.2原因分析
        由于DCS画面与励磁调节器运行通道所取发电机机端电压均来自于TV3柜，即DCS画面中电压曲线即可反映励磁调节器中采样电压变化。又故障发生时无功增加，此时机端电压应上升，但是画面中AC相间电压上升，同时AB、BC相间电压下降，而取自TV2的故障录波器三相电压均平衡上升，B相PT一次熔断器熔断，可以判断问题出在TV3的B相PT。由TV3柜B相PT对比试验数据，可以判断出TV3柜B相PT出现匝间短路。在后期电压互感器的解体中验证了此判断。由于故障发生到机组跳闸经历时间较长，超过30s，因此可以分析PT熔断器不是立即熔断而是发生缓慢熔断。由于TV3柜B相PT出现匝间短路使得一次回路阻抗下降，一次回路中电流增大。由于PT一次阻抗下降阻值并不是很大，导致了PT不是直接熔断而是由于电流增大而发热出现了慢熔情况。PT慢熔使得PT的二次电压缓慢下降，励磁调节器采样电压降低。调节器误认为发电机出口电压降低，因此在不断增磁，励磁电流不断增大。发变组机端一次电压一直升高直至触发发变组“反时限过励磁”保护动作[2]。
        4.结束语
        总而言之，风电场中各项工作的运行效率以及安全度与风力发电机有着重要的关系。目前风力发电机中还存在较多的故障隐患，因此相关工作人员要强化自身的安全意识，采用有效的维护和检修措施，快速发现其中的故障问题，提升设备的使用效率，提高风电场的经济效益。
        参考文献
        [1]林水泉.旋转机械故障诊断技术及其发展趋势[J].化工机械,2019,46 (06):607-610.
        [2]胡昌选,文传博.基于自适应观测器的风力发电机液压变桨系统故障诊断[J].电工电气,2019(11):5-10.