风力发电机组水冷系统常见故障与解决策略

中图分类号：TH137 文献标识码：A

引言

风力发电机组在运行过程中，在交变磁场的作用下，各组成构件间由于摩擦及电能损耗产生大量的热量，为了保证发电机设备在合格的温度范围内运行，需要冷却介质将发电机运行过程中产生的热量带走。发电机定冷水系统的主要功能是保证合格的定冷水不间断的流经定子线圈内部，从而将发电机定子线圈由于损耗产生的热量带走，确保发电机设备的正常运行。

1 风力发电机组水冷系统常见故障分析

1.1 水泵故障

水泵是水冷系统的核心部件，负责推动冷却液循环，水泵故障可能会对风力发电机水冷系统的正常运行产生重大影响。

（1）磨损或损坏。长时间使用后，水泵的叶轮、轴承或密封件可能会磨损或损坏，导致水泵性能下降或漏水。

（2）堵塞。冷却液中的杂质或沉淀物可能会堵塞水泵叶轮或管路，影响水泵的流量。

（3）电气故障。水泵的电机或控制电路可能会出现故障，导致水泵无法正常工作。

（4）过载。如果水泵承受的负载过大，可能会导致水泵过热或损坏。水泵负载过大也可能是系统中的其他部件故障或异常引起的。

（5）密封失效。水泵、管路的密封件可能会老化或损坏，导致冷却液泄漏。

1.2 水管堵塞

水管中的污垢和沉淀物可能会导致水管堵塞，阻碍冷却液的流通，也会导致系统局部过热，影响发电机组的性能。

（1）杂质和沉淀物。冷却液中可能含有杂质或沉淀物，随着时间的推移，它们可能在水管中积聚，导致堵塞。

（2）腐蚀和生锈。由于冷却液的化学性质或环境因素，可能会引起水冷管路的腐蚀或生锈从而产生堵塞。

（3）设计或安装问题。不合理的水管设计或安装也可能导致堵塞。

1.3 电动执行器故障

电动执行器决定水冷系统的水冷回路是否经过散热器，该故障会造成水冷系统温度过高等故障。常见的电动执行器故障有：电动执行器接收控制信号后，电机不运转，导致电动执行器无法正常工作，或电动执行器运行方向与实际控制方向相反，这种故障可能是由于电源故障、电机故障、控制信号线路接线等原因引起的。

1.3 散热器故障

散热器是冷却液与空气进行热交换的部件，散热器故障会降低散热效率，导致冷却部件过热，造成风力发电机组故障停机。

（1）堵塞。散热器可能会因为灰尘、污垢或其他杂质的积累而堵塞，影响散热效果。

（2）损坏或泄漏。散热器可能会受到物理损坏，如碰撞或腐蚀，导致泄漏。

（3）风扇故障。散热器通常配备风扇来增强散热效果。如果风扇出现故障，如电机损坏或叶片变形，将会影响散热。

（4）冷却液问题。冷却液不足或变质也可能导致散热器故障。

（5）温度过高。如果散热器无法有效散热，可能会导致系统温度升高，进而影响设备的性能和寿命。

2 风力发电机组水冷系统优化措施

2.1 控制系统故障处理

变频器运行过程中，当变频驱动层检测到故障时立即进入故障模式封锁输出脉冲，并通过 ¹⁰ 信号告知逻辑处理层，逻辑处理层响应后进入故障模式触发主断路器分断。当逻辑处理层检测到故障时立即进入故障模式触发主断路器分断，并通过 IO 信号告知变频驱动层，变频驱动层响应后进入故障模式封锁输出脉冲。

当监控层水冷柜检测到故障时立即向逻辑处理层发出 IO 信号，逻辑处理层响应信号进入故障模式。当监控层其他柜体检测到故障时立即向变频驱动层发出 ^IO 信号，变频驱动层响应信号进入故障模式。

温度检测的处理方式分为三级：一级过温只给出报警提示不作保护处理，二级过温进行降额运行处理，三级过温则为故障变频器进入故障模式。当逻辑处理层接收监控层状态信息并检测到二级过温报警时，向变频驱动层发出降额指令使变频器输出功率减少避免温度进一步上升触发过温

故障。

2.2 调整水质稳定剂配方

根据主装置建设和开车进度安排，计划 2023 年 12 月氢氨循环水系统才会投入热态运行，但无磷缓蚀阻垢剂又不能满足氢氨循环水系统 6 个月的冷态运行工况，因此需要解决冷态运行期间循环水系统腐蚀问题。在循环冷却水系统中，锌盐是最常用的阴极性缓蚀剂，可以和磷酸盐类的缓蚀阻垢剂复合使用，能够起很好的增效作用。将水质稳定剂由无磷缓蚀阻垢剂调整为含磷缓蚀阻垢剂，冷态运行期间控制总磷浓度为 3.0～6.0mg ／ L，锌离子浓度为 6.0～8.0mg/L_⨀ 。一定浓度的锌盐与含磷缓蚀阻垢剂复配使用，可使锌离子与水中的碳酸根、磷酸根和氢氧根在水冷器金属表面的阴极区反应，生成沉淀，覆盖在金属表面形成保护膜，从而抑制阴极反应，减少水冷器腐蚀。通过前期实验的积累、静态阻垢试验以及旋转挂片试验，研制和筛选出新的含磷复配阻垢缓蚀剂配方，选定有机膦酸类缓蚀阻垢剂、葡萄糖酸钠和七水合硫酸锌3 种组分为缓蚀剂复配组合。

2.3 风电机组水冷壁检查机器人元件选型

（1）传感器选型。考虑到风电机组空间的封闭性和复杂性，机器人的位姿感知模块至关重要。传统的 GPS 定位精度低，不适用。因此，本次系统设计主要选择 UWB 作为机器人的定位手段。UWB 具有功耗较低、安全性较高、穿透力较强等优点，被广泛应用于定位及通信领域。本次传感器选型期间，主要在风电机组内部恰当位置设置四个基站，并将定位标签置于机器人内部。同时利用在真空中，电磁波与光速相同的特点，计算基站的确切位置。

（2）MCU（主控制器）。MCU（微控制器单元）是机器人的核心部件，负责控制机器人的运动和接收传感器的数据。常用的 MCU 有 STM32、Arduino 等。根据系统设计实际需求，选用STM32 作为本系统主控制器。

（3）电机与驱动器。本次设计的系统主要在竖直避免进行工作，因此所有选择电机不宜过大也不宜过小，针对目标要求，选择重量较轻、体积较小的直流无刷电机。同时，选择BLD300 系列作为本次系统主要驱动器，以便用户通过协议自主设计上位控制器，实现对电机的控制。

2.4 传感器维护

步骤 1 故障诊断。使用适当的诊断工具如万用表，确定具体的传感器故障。包括检查传感器的电气连接、机械表检测值与压力传感器检测值对比、读取故障代码或观察相关的系统参数。

步骤 2 检查传感器。对故障传感器进行物理检查，查看是否有损坏、松动或腐蚀等。检查传感器的电气接线是否正常。

步骤 3 清洁传感器。传感器可能因为污垢或杂质的堆积而出现故障。清洁传感器的表面或周围区域。

步骤4 更换传感器。如果传感器已经损坏或无法修复，需要及时更换。确保使用的备件与原始传感器参数相匹配的。

步骤 5 系统测试。在修复或更换传感器后，对系统进行测试以确保故障已解决，并恢复机组正常运行。

结束语

风力发电机组水冷系统的正常运行对机组的性能和寿命至关重要，在实际应用中，还需根据风场实际情况进行具体的维护和管理，定期对风力发电机组水冷系统进行检查和维护，及时发现和处理故障，以保障风力发电机组的安全稳定运行，提高机组发电效率。

参考文献：

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