海上风机偏航故障不停机浅析

秦攀、谭志辉、欧志良、易伟

摘要: 近年来，我国的海上风电建设规模开始不断扩张，风电设施的数量开始不断增加，大大推动了我国的清洁能源发展事业。而海上风电事业发展过程中，许多设计问题的出现使得海上风电事业应该对海上风电设备管理加强重视。本文将介绍明阳——3. 0MW海上风力发电机偏航系统的基本结构、基本功能、工作原理、常见故障，针对明阳——3. 0MW 海上风力发电机偏航系统故障停机提出了相应的解决措施。

关键词: 海上风电：偏航系统：故障：分析：

前言

海上风电项目因其对设备、技术的高要求，并且目前我国的海上风电设施在很多核心部件技术上还没有取得较大的突破，因此在运维过程中，需要花费的运维成本极高，同时，海上风电设施的运维工作，需要借助大型的海上机械，提升了海上风电设施的运维成本。此外，海上环境十分广阔，而复杂的海洋环境和较为分散的海洋风电设施，使得海洋风电设施的运维人员在进行维护时往往会受到风力、洋流等强大自然力量的干扰，影响运维过程提升了运维难度。为提高发电量，在不影响风机安全寿命的情况下，风机可带故障运行，在大风时抢发电量。

1偏航系统的作用

偏航系统是兆瓦级风力发电机众多系统中的一个重要部分。偏航系统在风机运行过程中主要功能有三个: ( 1) 保证风机在以下运行模式时迎风: —— 运行( RUN) 和停止( PAUSE) 模式( VMP —— 软件) 。—— 发电( PRODUCTION) 或空转( IDLE) 模式( PHOENIX —— 软件) ; ( 2) 控制电缆绞扭情况，必要时进行电缆解缆操作; ( 3) 测量机舱方位。

2偏航系统的组成及原理

偏航系统是由偏航控制系统、偏航驱动装置组成的，其中偏航控制系统包括: 机械风速仪、机械风向仪、超声波风速风向仪、偏航传感器输入模块、机舱位置传感器等几个部分; 偏航驱动装置包括4 台偏航驱动电机、4 台每包含一个三级行星齿轮( 输出) 、偏航大齿圈、偏航轴承、9个偏航卡钳、自动偏航加脂泵等几个部分组成。为了使风机的运行工作时始终处于迎风面，于是设计师就在风机主控系统里设计偏航系统，风速仪与风向仪将测到的风速风向信号传给风机处理器，经过分析后偏航系统的驱动装置开始工作使风机尽可能的减少风能损失，增加有效工作时间。明阳风机偏航刹车靠偏航电机尾部的刹车与偏航制动钳进行制动，当偏航系统启动时，偏航夹钳处于全释放（0Bar）或半释放（22Bar）状态，同时偏航电机尾部的刹车系统得电处于释放状态，当风向变化低于+ 10° 时风机主控给出偏航电机停止转动指令时，偏航电机停止，偏航夹钳压力恢复为系统压力（140Bar-160Bar），电机尾部的刹车失电处于刹车状态，将机舱固定在迎风位置上，以获得最大风能。

在偏航系统中包括机舱位置传感器，防止从机舱悬挂下来的电缆会扭曲，发生绞缆。风机主控系统从机舱位置传感器得到关于绞缆的信息。机舱位置传感器直接通过与偏航齿环啮合的小齿轮进行测量，当扭缆角度达到580°（待机）或680°（并网）时造成绞缆，风机主控系统根据电缆绞缆的情况下达指令使偏航系统将做出相应方向的转动，使被绞缆的电缆重新回到顺缆的位置上。偏航传感器上有4 个凸轮，它们可与微型开关连接/断开。它们一起共同测量偏航是否达到极限位置，当机组故障而扭缆角度达到±720°时微型开关断开从而断开安全链，偏航系统将停止工作以防止扭断电缆。偏航加脂泵是负责给偏航轴承及偏航大齿圈的润滑加脂的工作。

3偏航系统常见故障分析

3.1 海上风机偏航系统常见故障有以下几种:

1. 偏航大齿圈与偏航齿轮啮合齿面磨损严重，其主要的原因有:

1. 风向变化频繁齿轮啮合处长期啮合运转。

2. 相互啮合的齿轮啮合处渗入影响齿轮运行的杂质。

3. 偏航自动加脂泵中的润滑脂严重缺失使齿轮啮合处于干摩擦状态。

2. 偏航过程中出现异常噪声，其主要的原因有:

1. 偏航卡钳及偏航大齿面的润滑油或润滑脂严重缺失。

2. 偏航卡钳的偏航阻尼力矩过大或者过小，没有严格按照维护手册对偏航卡钳力矩进行校验。

3. 偏航系统中的大齿面出现轮齿损坏，造成在偏航的过程中没有办法平顺的过渡。

4. 偏航驱动装置中的减速机里面油位过低，造成偏航减速机润滑不足，出现偏航减速机卡涩情况。

3. 偏航定位不准确，其主要原因有:

1. 风速仪检测出来的的信号不准确; 无法正确定位。

2. 偏航系统的偏航卡钳阻尼力矩值偏大或者偏小。

3. 偏航系统的制动力矩达不到机组的设计值，或者偏航电机刹车系统损坏，无法对偏航停止进行准确定位刹车。

4. 偏航系统的偏航齿圈与偏航驱动装置的齿轮之间的齿侧间隙过大。

4. 偏航传感器的故障，在明阳风机报出故障机舱位置超过限值、机舱位置与风向偏差超过限值，检查机舱位置传感器接线、4个凸轮与风向仪是否正常。如接线与凸轮设定无异常则排查机舱位置传感器与风向仪硬件故障。

5. 偏航驱动装置方面故障，在明阳风机报出机舱柜内偏航电机空开跳闸信号触发，其主要原因有:

1. 偏航电机绕组短路。

2. 偏航电机轴承卡涩。

3. 偏航驱动系统的偏航减速机断齿，其中行星轮与太阳轮无法正常啮合，出现卡死情况。

4. 偏航大齿圈与偏航减速机出现断齿情况。登机作业时应先对偏航电机的电源接线进行检查，检查电源线是否有断线情况，检查电机接触器是否存在不动作情况，若有则更换新的电源线及接触器。使用钳型电流表对偏航电机运行时电流进行测量，通过测量电流的大小可以判断四台电机中某台电机故障。

6. 偏航减速机因为固定螺栓强度等级不够，经过运行中的不停振动，引起固定螺栓松动，最后损害齿轮箱内部齿轮。

3.2 海上风机偏航系统驱动装置方面故障:

明阳海上风机，目前出现偏航系统驱动装置方面故障自动停机，远程不能复位。在小风时，海况允许出海处理故障风机，对发电量影响不大；大风时，海况不允许运维船出海，风机无法消缺，影响发电量较多。针对原设计不足，提出在风机偏航系统驱动装置方面故障时，风机不自动停机，仅发出故障报警信息，保持带故障运行（即无法偏航対风，但风向与机舱夹角符合并网要求时正常运行，当偏差过大时则报出机舱与风向偏差过大故障而故障停机）；经过改变原设计后，目前风机偏航系统驱动装置方面故障时，风机提高了发电量。

4结语

风机偏航系统作为一种风力发电机运行的主要系统，对发电量有至关重要的影响，通过优化设计思路，可以提风机高发电量，提高风机可利用率。这正是我们运维人员发现问题，解决问题能力的体现。通过解决一个个小问题，为我们风电事业添砖加瓦，贡献自己的一份力量。

参考文献

1. M2D00000173-SCD3.0-112风力发电机组维护手册(机械部分)。

2. M2D00000165-SCD3.0-112风力发电机组电气维护手册。

3. M2D00000187-SCD3.0-112风力发电机组现场调试手册。