分析风电场电气设备中风力发电机运行故障及维护
时间：2023-01-22 13:55:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
赵 宝
（国能思达科技有限公司）
风力发电机是发电场内重要的电力设备类型，是电能生产的重要装置，影响着发电场运行安全性与效率，故而会把发电机作为风电场日常生产管理中的重要内容之一。相关部门要积极做好各类发电机的维护与管理工作，包括线路的检查维修、测试检验发电机的运行状态等，及时发现与处理故障问题。近些年中，我国各地发电场电力生产负荷不断增加，也使发电机运行期间更容易出现各种故障异常，此时更应加强运行维护管理力度，完善相应办法，以最大限度地提升发电机的运行效率，创造良好效益。
风力发电机是把风能转换成机械能，机械能转换成电能的一种电力装置，通常由风轮、发电机、调向器、塔架以及储能装置等构件组成。风力发电的原理可以做出如下阐述［1］：风力驱动风车叶片转动过程，运用增速机去增加旋转速度，进而使发电机发电。结合当前我国的风力发电机技术能力，大概是3m／s的微风速度就能开始进行并网发电。
2.1 发电机轴承故障
（1）电腐蚀失效
在变频器供电的双馈发电机内，电流流过轴承（见下图）的情况较常见，业内将以上现象叫做电腐蚀。轴承电腐蚀一般发生在电流经过滚动体由一个滚道流至另一个滚道的过程中。放电能量及持续时间影响着电腐蚀对轴承的破坏程度。通常情况下，电腐蚀下的轴承表层暗淡，出现很多融溶的小坑，直径约5～8μm［2］。
图 风力发电机轴承图
（2）磨损失效
理论上讲，轴承内部很少出现磨损问题，但是当有外界颗粒污染进到轴承或润滑不够时，则很容易发生磨损问题。停机状态下，轴承自身震动也可能导致磨损情况。
（3）润滑失效
润滑是影响滚动轴承运行稳定性及使用寿命的主要因素之一。润滑剂的主要作用有形成保护性油膜、分隔滚动接触表面、防止金属之间的直接接触等。风力发电机的安装场所很多，长期经受着不同气候环境的作用，也要适应环境变化。发电机内的润滑油也要适应这些改变，在特定的工作环境（比如温度）下很难准确预测其参数，可能因润滑剂选型不当而造成润滑效果差。轴承润滑量不够时容易造成金属表层疲劳与磨损，缩短轴承寿命。
2.2 变流器故障
变流器是风力发电机的重要组件之一，其作用主要是在叶轮转速持续改变下调控输出端的电压水平，具体控制原理即是维持变流器内电压水平及频率和电网电压水平及频率的一致性。通常而言，电流电压是造成变流器运行过程中发生故障问题的主要因素，在电流、电压过高的运行工况下，很容易使变流器设备发生过热现象，而电流电压过低则会导致欠电压现象，当发生以上异常状况时，便会造成变流器的开关超出设备正常运用可承受的电压电流极限范围，进而导致变流器出现运行故障，严重时发生被击穿损坏的情况。当前，国内发电场配备的变流器设备运行期间主要采用两种散热方式，其一是风冷，其二是水冷，主要的散热作用对象是变流器柜体，这主要是由于柜体温度过高时，便会干扰内部热敏感元件及线路运行的稳定性，造成变流器运行异常。变流器主要是运用断路器发挥阻断电流的作用，发挥短路保护功能，所以若变流器运行异常时，将不利于正常发挥断路保护功能［3］。
2.3 发电机故障
发电机的作用主要是实现自然能、机械能、电能之间的能量转换，最后通过电网把电能传输到用电客户应用。异常振动、过热、线圈短路或断路等是发电机运行期间的常见故障类型。其中发电机振动是评估电路运行质量的一项常用指标，如果发电机出现过于强烈的振动现象将会破坏机组的稳定运行状态，增加电机大轴断裂的风险，不利于发电场安全生产，影响经济效益。引起发电机异常振动故障的因素较多，包括机组设计理念不符合发电场技术要求、发电机部分零件质量或精度不达标，发电机工作负荷过大等。
3.1 定期维护
（1）轴承与润滑系统的维护
针对风力发电机的润滑方式主要有两种类型，即稀油、干油润滑，前种润滑方法处理对象主要是偏航减速齿轮箱与发电机的齿轮箱，实践中主要是通过更换过期润滑油的形式开展维护工作。而干润滑油多用在轴承偏航齿轮的维护领域内，这主要是因为这种构件长期运行后，由于升温作用会导致部分润滑油变质，故而要定期补充新的润滑油，综合多方面因素精准调控实际补充量，将电气设备烧损等异常事件发生率降到最低。要密切关注润滑脂的补充工作推进过程，传动端、非传动端的间隔时间设置成2000h，传动端、非传动端的补充量依次以100g、120g左右为宜。对轴承与润滑系统进行维护时，工作人员要认真执行好如下几点工作内容：一是严格评估所用润滑脂类型的适宜性，加强质量检查；
二是仔细清洁油嘴及周边区域；
三是全面检查润滑通道，确保其高通畅性；
四是把规定用量的润滑油输注至轴承中［4］。
（2）整机维护
运用定期维修的方式能较及时探查到发电机变流器的运行故障，结合故障现象、成因等运用有效的措施处理，散热不均是导致变流器异常运行的主要因素，故而定期维修时要格外关注局部过热状况，对冷却风扇等装置采用清灰、除尘等操作，使发电机组的干净度得到一定改善，有助于降低运行故障的发生率。针对所有紧固件，例如垫圈、螺栓等，严格按照技术规范检查其实际连接状况；
检查检测各个引接电缆的绝缘性能，测定绝缘电阻数值，将其和设计值进行对比，判断其是否满足发电场实际运行需求［5］。关于油水分离器的排污处理，建议将一个专用容器增设在分离器下方，开启杯底部的阀门／旋塞以排出水与污物，有水分离器滤芯的更换程序为：首先，打开燃油箱上的阀门，将一个容器安置在油水分离之下。其次，拧开螺栓并拿下盖子，更换新的滤芯并组装回盖子，启用燃油阀门，排解掉燃油系统内滞留的空气，将废滤芯放到一个适宜的处理点上。最后，启动发电机，检查是否存在泄漏状况。
3.2 日常维护
风力发电机运行过程中，出现故障问题在所难免，维修技术人员对于运行故障一定要做到亲临现场进行研究处置。在这样的状况下，可以执行如下常规操作内容。
（1）看
认真观察发电机各部件连接是否可靠、稳固连接，局部螺栓是否发生松动；
发电机的控制柜中电线电缆是否出现疏松、是否发生夹板移位等状况；
检查并判断扭缆传感器拉环的完好状态；
掌握整个偏航齿的润滑状况；
观察偏航齿轮箱、齿轮箱油位并判断液压油是否出现变质、干枯等问题；
液压站的表计压力是否反常，旋转组件与转动部件之间是否发生严重磨损或失效状况，油管接头是否存在漏油现象，液压油的滤清器指示是否有异常等。
（2）听
聆听控制柜内是否存在放电声音，若存在可以初步判断局部接线端子接触不良，应加大检查检测力度；
聆听偏航过程中是否形成干磨声音；
听齿轮箱、发电机轴承运转过程中是否出现异常响声等。当风轮转动发出异常声响时，故障成因可能是叶片局部开裂、机舱罩疏松或者松动以后和转动件相互碰撞，增速器、发电机等组件发生松动或局部破损等。处理方法包括：检查是否存在叶片开裂问题，及时更换受损叶片；
紧固机舱罩的螺栓；
再次调整风轮轴与增速器两者的同轴度，并拧紧螺栓；
若发现轴承损坏时，要更换新的轴承，且要重新安装轴承底座；
在轴承以及油封更换好以后，要重新安设增速器。
（3）动手操作
检查维修工作结束后，要认真清理工作现场，清除掉液压站各元器件及管接头位置的油脂等杂物，以防对后期观察泄漏现象等工作形成干扰。
3.3 建立健全检修管理制度
首先，完善发电机检测维修流程，确保发电机检测及维修工作均能有序推进。在发电机的管理实践中，常规顺序是先检测发电机的各个元器件与线路运行状态，若发现局部存在异常情况时，则要检验检测线路的实际承受能力，若能判断出线路或元器件不符合继续使用的需求时，则要尽早更换；
如果经维修处理后通过了质量检测检验，则可以再次投用。检测顺序通常是局部故障检测在前，整个线路网络的检测及维修在后［6］。
其次，编制完善的设备维修计划，例如定时检查测量螺旋力矩之间的距离，实现对发电机内各个零部件的有效、可靠连接。对齿轮和齿轮之间的切合转动，要运用润滑油进行相应的维护工作。发电机作为风电机组的核心部件，其把旋转的机械能转变成电能，为电气系统运行供电，对其可以采用的运行维护措施较多，比如清理清洗、检查螺栓连接状态、降低工作负荷及更换部分元器件等。
最后，不断完善设备的定期维护制度。风力发电机运行维护期间，认真做好定期检修工作具有很大现实意义，发电机的联接件是主要的检查对象，特别是要检查螺栓力矩，以确保发电机传动部件之间的润滑性能及各项测试功能符合有关要求。发电机运行期间会出现较大的震动，故而螺栓易发生松动，故而一定要定期检查螺栓紧固状况，紧固检查要尽量避开发电机的高出力季节，建议在夏季进行。要科学确定定期检修维护的周期与执行方案，在检修方案内，要全面呈现出检修周期、项目及结果等信息，持续提升发电机的检修工作质量。
3.4 加强远程操控，提升故障排除效率
风力发电机通常远离市中心，可以运用远程操控的形式控制机组的日常工作过程。为确保发电机能正常运作，在设计前期就要布置好双向保护功能，主要是将多重可智能复位的故障处理措施添加到发电机组内。因为风能大小具有不可控的特点，故而一定要合理设置发电机的极限值，若超出极限范围就要快速进行复位操作，规避发生机组超负荷运转的情况。也要对温度进行复位设置，机组长时间运作温度会明显提高，在抵达上限后就进行关停处理，以防烧损机组内电气设备。除了以上自动复位故障之外，也要科学设置误报、各类传感器的误动作等故障设置有关的处理方法，以上均需要通过远程操控去执行，能明显减少故障处理时间，提升运行维护工作效率。
风力发电机的运行维护是风力发电企业的重要管理任务，采用适宜的方法降低发电机组的故障发生率，才能减少风电资源的损耗量，进而更有效地控制发电运维成本，帮助发电企业创造更理想的效益。为达成以上目标，相关部门及人员要明确发电机运行维护管理重点，不断总结常见故障的成因，日常加强维护力度等，力争将故障问题扼杀在萌芽中，为我国风电事业壮大发展做出一定贡献。
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