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论风电机组维修策略与故障统计
论风电机组维修策略与故障统计
摘要：上世纪九十年代带来，我国风力发电机才开始兴建，并在此后的几年里得到飞速的发展，国家从装备制造到风电场发展都给出了许多优惠条件，欧洲同期发展水平远远超过我国。2005年初，我国风电场发电件，开始大力鼓励风电产业发展。但由于受到法规和政策限制，我国风电发展规模始终较小量达到10000～50000kw，在这期间安装的风电机组几乎全是进口机组，平均容量不超过850kw，国产机组没有得到大量生产。同年，相关产业政策得到完善，且新能源法颁布，我国风电产业真正开始发展。从风电场建设到风电机组制造，我国风电装机容量飞速增长，整个行业也快速发展。2004年以前，我国大多数风电场规模相对较小，风电机组机型比较多，但由于此前积累的火电厂和变电所运行经验，这些风电场也得到了很好的运行。生产厂家服务人员主要负责机组设备维护，备品备件则大多数依靠进口。随着经济的不断发展，我国各地风电场规模初步形成，但大多数风电机组设备工作时间已超出了保修期，再加上多种因素的影响，风电机组故障逐渐凸显出来。
关键词：风力发电机、设备维修、故障 中图分类号：TM315文献标识码： A 一、前言
设备状态监测与故障诊断是先进的设备管理和维护检修的重要手段，并已得到投资运营商的广泛应用。风电场一般地处偏远，风电机组位于野外的塔顶上，目前风电场的维护多采用计划维修与事后维修方式，此种维修很难全面、及时地了解运行状况，往往造成维修工作旷日持久，损失重大。对风电机组进行实时状态监测和故障诊断，可以有效的地避免上述缺陷，达到在不停机状态下对运行设备的监控。
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二、电气控制系统基本结构及功能 1、电气控制系统基本结构
本风力发电机主要电气参数有：同步发电机参数为电机转速1000～1800r/min，电压等级AC690V，额定功率1500kW；功率特征为启动风速3m/s，额定风速12m/s，停机风速25m/s，抗最大风速56m/s；风轮参数为直径70m，3片叶片，扫风面积3848m2，通过变桨距调节功率。机组控制系统的主要控制器安装在现场的模块上，对电网、风况及风力机组运行参数进行监控，并与其他功能模块保持通信，对各方面的情况做出综合分析后，发出各种控制指令。
发电机组电气控制系统中主控器是电控系统的核心，通过各类传感器对电网、气象及风电机组运行参数进行监控，并发出各种控制指令，实现机组的自动启动/停机、手自动无扰动切换、发电机在转速范围内无扰动并网、自动偏航控制（不偏离风向±10°）、机舱扭缆和自动解绕控制、自动变桨距控制、变速控制、风电机组自动除湿、加热、冷却控制、液压系统自动运行控制和运行故障监控等。电控系统首先必须确保风力发电机组本身安全可靠运行，并实现机组的变速恒频控制，此外对故障的判断处理要及时、准确。
控制器首先完成系统监控需要的气象、电网、风电机组和变频器状态、参数监控和记录，以开机→并网→发电控制→脱网→安全停机位主线，分别按要求进行开机准备、偏航调整、故障处理、优化参数计算、速度和功率控制给定及系统运行管理。控制器的核心是以DSP为内部控制器的大功率变流器，它与主控制器组成主-从控制，控制器将根据PLC给定的参数和控制信息独立地进行其运行管理。 2、控制系统的具体功能
（1）启动前的准备。风机在运行之前要确定风机安全链、偏航系统、刹车系统、齿轮箱系统及并网系统无故障。持续检测10min内风速的平均值达到启动风速，电网电压和频率持续10min检测正常。当风速在3m/s以下的低风速区时，根据控制策略变桨距系统将是叶片转动到保证转轮具有最大启动力矩的位置；当风速超过3m/s时，此时发电机叶轮慢慢转动，处于待风状态，当风速在5m/s以上时，
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风力机由待风状态进入低风速启动。
（2）启动/停机。风电机组的启动主要由2种情况：一是正常的风速大于切入风速后自启动；二是高于切入风速的启动并网，通常发生在紧急故障恢复后的重新开机，此时桨距角应复位置于0°，当风轮转动起来后，根据功率优化策略在重新调整桨距角，当满足并网条件后再重新进行并网。
（3）手/自动切换。机组维修时，需手动调节，要求在停机方式下可任意手动操作。 （4）自动偏航控制。
（5）机舱扭缆和自动解绕控制。由于自动偏航单元的工作，机组有可能朝一个方向进行多次对风。当机舱连续朝一个方向旋转数圈后，就有可能造成机组内线缆的缠绕甚至发生断裂，因此必须应有机舱扭缆检测功能。
（6）变桨距控制。这是机组在高风速区主要的功率调节方式，它在保证机组恒功率输出目标的同时，也是保证机组安全运行的一项重要措施，并且在机组正常或紧急停机时也将发挥重要作用。 （7）变速优化控制。额定风速以前，采用最佳叶尖速比控制，以获得最大风能为控制目标。达到额定风速后，按机组转速-风速工作特性曲线进行控制，将变速控制与变桨距相结合，以保持输出功率恒定在额定功率附近。
（8）并网控制。调节控制绕组励磁电流，是功率绕组的输出功率、幅值、相位与电网同步后，发出并网指令，以保证发电机在转速范围内无扰动并网。
（9）脱网关机。机组的脱网关机分三种方式。一是手动停机和发生普通故障时的脱网停机，当机组接到停机命令，首先顺桨使发电机功率接近零，然后脱网，使能机械闸直到转速降为零。二是为保证机组安全运行，当风速大于切出风速时脱网停机，与第一种方式的顺序基本一样。三是紧急故障的安全停机，当机组发生超速、振动、发电机短路等紧急故障时，顺桨闸、机械闸将辅助脱网，使机组在最短时间内安全停机。