风力发电机组的故障处理和运维技术

中图分类号：TM315 文献标识码：A

引言

随着全球对可再生能源日益重视 , 风能作为一种清洁、可再生能源 ,在电力供应中越来越重要。风能的多变性和不可控性可引起风机超速 , 降低了机组的稳定性、安全性和发电效率 , 甚至导致叶片断裂损坏机组。超速保护系统作为风电机组的核心安全装置直接关系机组的稳定运行和维护成本。现有的保护策略在某种程度上增加了系统的复杂性 , 使保护逻辑变得模糊 , 误报和频繁停机等问题时有发生 , 如参数设置不合理导致机组频繁触发保护 , 降低了机组运行效率。为此，本文将升入分析风力发电机组的故障处理和运维技术。

1 风力发电机组多见故障分析

风力发电机组多见故障包括叶片故障、机械部件故障、电气系统故障、塔架和基础故障、运行参数异常等，这些故障成因各有不同，影响也存在差异。

（1）叶片即轮叶机的叶片，是风能转化为动能、动能转化为电能的核心设施。该设备的故障包括叶片缺损、开裂等，可能因长期工作老化导致，也可能为外力破坏形成。（2）机械部件故障包括轴承故障、齿轮故障等，这些设备一般位于风力发电机组内部，出现故障会降低发电机组工作效率、增加无用功，甚至损坏工作设施。此类故障可能因润滑不足、过负荷作业、构件老化导致。（3）电气系统故障包括短路、过电流、电压不稳定、并网异常等，是风电机组的核心、重点故障，故障成因也比较复杂，形成的危害较大，有可能导致强电流冲击电网，造成设备损坏、电力火灾。（4）塔架和基础故障属于硬件故障，如风力发电机组的承重结构摇晃、根基部位不稳定等。（5）运行参数异常包括轮叶转速过于缓慢、电能输配异常等，这些故障一般与其他故障同步出现，如轮叶机损坏导致其转动缓慢、电压不稳导致输配电能效率低下等。

2 风力发电机组的故障处理和运维技术

2.1 超速保护

风电机组的超速保护系统包括转速传感器、数据处理器和执行机构。转速传感器实时监测叶片的旋转速度 , 当检测到转速超过预设的安全阈值时, 数据处理器立即启动保护程序, 通过算法触发超速保护。

1. 在软件层面 , 保护策略包括预测性算法和阈值比较。预测性算法基于风速、风向、叶片角度和发电机状态等参数 , 通过数学模型预测转速变化 , 若预测结果超出安全范围 , 系统将会提前调整叶片角度或发电机输出 ,防止超速发生。阈值比较直接比较当前转速和预设的超速阈值, 一旦超过,保护立即动作。

2. 在硬件层面 , 超速保护系统包括机械执行机构和电气执行机构。机械执行机构包括刹车系统 , 能够在超速发生时快速降低叶片转速 , 防止发生飞车事故。电气执行机构切断发电机励磁电流 , 停止电力生成 , 阻止转速过高引发设备损坏。

3. 保护系统执行动作包括三级 : 一级保护改变叶片攻角减缓风能转化为机械能的速度 , 降低转速 ; 二级保护切断发电机励磁 , 停止电力生成 ; 若一级和二级保护不足以控制超速 , 三级保护则启动紧急刹车 , 强制停止叶片旋转。这些保护动作的顺序和时间延迟, 都是通过精细的参数设置实现,以兼顾保护效果和系统稳定性。

2.2 防雷保护

风电机组作为高耸的建筑物易受雷电袭击，在运维过程中，要求定期对防雷设施进行全面检查，使其完好无损，能有效引导雷电流安全入地。本项目开展中，运维人员积极完善风电机组防雷系统，将避雷针、避雷带引入进来，用于吸引并引导雷电电流，保护机组免受雷击损害。检查时，应确保避雷针和避雷带无锈蚀、断裂或松动现象，且安装位置正确，高度符合防雷设计要求。

引下线作为连接避雷针与接地网的桥梁，检查时应保证引下线连接牢固、无锈蚀或断裂现象，且电阻值符合防雷规范要求，导电性能得以充分发挥。因本风电场规模较大，采用了多体接地网，将雷电电流安全导入大地。检查时，采用接地电阻测试仪进行检测，做到接地网无锈蚀、断裂或掩埋不当现象，且接地电阻值满足防雷设计要求，使接地电阻处于安全范围内。

2.3 性能测试与评估

为确保风电机组在最佳状态下运行，运维人员对风况数据进行统计和分析，深入了解风机在不同季节的出力规律，进而制定合理的定期维护工作时间表。风况数据包括风速、风向、气温等关键信息，当数据发生变化时会直接影响风电机组的发电效率，导致运行状态出现波动。运维过程中，利用先进的监测系统和数据分析工具，可实时采集和深入分析风况数据，揭示风机出力与季节变化的关联性。在掌握风机出力规律的基础上，便可更有针对性地制定维护计划。

例如，在风力资源丰富的季节，风机运行负荷较大，应适当增加维护频次，确保设备稳定运行；而在风力较弱的季节，则可适当减少维护次数以降低成本。此外，通过性能测试与评估，还能及时发现和解决潜在故障，避免重大事故的发生。经过对风机性能参数的持续监测，精准预测设备寿命，提前规划更换或升级方案，维护风电场的长期高效运行。

2.4 风力发电机组系统减振方法

（1）主结构的维养与更换

对于风叶失衡或损坏的问题，可以通过对风叶进行平衡处理或更换损坏的风叶来减轻振动。平衡处理包括调整风叶的安装角度和质量分布，以确保风叶在旋转过程中产生的力矩平衡。更换损坏的风叶时，应选择与原风叶相匹配的新风叶，并按照规定的安装要求进行安装。与此同时，轴承故障也是导致风电机组振动的重要原因之一。为减轻振动，应定期对轴承进行检查和维护。一旦发现轴承损坏或磨损严重，应及时更换新的轴承。此外，要确保轴承的润滑良好，以减少摩擦和磨损。

（2）稳定结构的加固

针对风机塔架的不稳定问题，可以采取加固措施来提高其稳定性。例如，在风机塔架的基础部分增加钢筋混凝土结构，以增强基础的承载能力；检查并紧固塔架的连接件，防止松动和脱落；在塔架表面涂抹防腐涂料，以延长其使用寿命等。此外，在风电机组的设计与建设中也可以采用加固技术对其进行强化设计，并确保施工效果。机组结构的设计对于减轻振动具有重要意义。在设计过程中，应注重结构的平衡性和对称性，避免出现不平衡的情况。同时，要增加机组的刚度，优化结构设计，以减少振动现象的发生。此外，还可以通过优化旋翼系统的设计来减轻振动，如调整螺旋桨的叶片角度和形状，以提高其气动性能并减少振动。对于减振材料的使用也是在设计与施工中避免振动故障的有效措施。

结束语

综上所述，运维技术的应用，如日常巡检、防雷保护、远程故障排查和性能测试等，能够有效预防故障发生，延长设备寿命。未来，技术人员将继续深化运维管理，探索更多创新手段，以推动风电事业的蓬勃发展。

参考文献

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