风电机组偏航电机频繁过载故障浅析

卢旭鑫

摘要:目前,我国环境污染逐渐加剧,清洁的新能源发电是发展的必要措施,风力发电技术作为其中之一,必然会替代那些污染环境的煤炭发电。偏航系统作为风电机组的重要组成部分,它的性能好坏严重影响着机组的正常运行和使用寿命。本文对风电机组偏航电机频繁过载故障作了阐述,从机械部件检查、电气配置、控制策略等三方面对风电机组偏航电机频繁过载故障排查进行了论述。

关键词:风电机组偏航系统电机过载

现阶段，我国社会经济快速发展，国家的科技水平稳固上升，但同时又伴随着环保污染，人们对此也开始关注。与火力发电、核电等发电方式相比，风力发电独特的性质吸引了人们对风力发电的关注，在我国很多地方都有探索、规模的风力发电。但在实际的研究过程中，风力发电机组还不是非常成熟，有许多故障还会产生和解决困难较大，对风力发电机组性能的影响很大，降低了对风力资源的使用率。

一、风电机组的简介

风电组件还包括驱动风轮，齿轮箱，发电机；其他风轮组件包括驱动叶片，轮毂，加固等零部件等；它们还具有驱动叶片齿轮旋转、发电轮和机头齿轮旋转等多种功能，可以广泛用于风轮发电。风电驱动电源系统包括一台风电发动机组，支撑通风发电机的通风塔架，蓄电池并网充电驱动控制器，逆变发电装置，卸荷器，并网充电控制器，蓄电池等。

风电发电机组在发电过程中，必须保证其输出频率的恒定性。这不管是风机并网还是互补风光发电，都很必要。要保持风电频率的恒定，一种办法是保持发电机恒定的转速，也就是恒频恒频运行的方式，因为发电机是由风力机通过传动设备驱动的，所以这种方法无疑是要保持风力机的旋转速度，这种方法会影响风能转换的效率；另一个方法是发电机的转速随着风的变化，通过其他方法保证输出电能频率的恒定，即变速恒频。

二、偏航系统的作用

风电机组偏航系统又称对风装置，其作用是当风速向方发生变化时，能够迅速平稳地向风方移动，从而使风轮获得最大的风能。偏航系统为随动系统，风向仪向 plc 传送采集信号，并将其转移到机舱柜内的 plc 上，计算平均风向10分钟，与偏航角度的绝对值编码器进行比较，输出指令驱动了四台偏航电机(失电制动)，将其头朝正对风方向调节，并记下当前的调整角度，将电机调整后停止并启动偏航制。动作。

风向标是一种感应元件，它将风的变化通过电信号传送到偏航电机控制回路处理器中，经过比较，处理器向偏航电机发送顺时或逆时针偏航的命令，以减少在偏航过程中产生的陀螺力矩，电机旋转速度通过与同轴连接的减速器降低后，将偏航力矩用于回转的大齿轮，带动偏航向对风轮的偏行。风，当对风完成对风时，电机失去了信号，电机也停止运行，偏航过程就结束了。

三、偏航电机频繁过载故障处理

(一)、机械部件导致的故障

偏航系统是风电系统的重要组成成分，偏航驱动链包括偏航电机，偏航齿轮箱，偏航小齿，偏飞大齿和偏航轴承，如何找到或降低偏航的机械故障，具体表现如下：1.定期检查偏航齿和齿啮间隙，具体参照各机型在出厂安装时间隙，每半年为偏航轴承滚道手工注脂。偏航轴承在偏航过程中内部没有异响，偏航轴承的开齿润滑正常，牙面无磨损；2.对偏航齿轮箱的润滑油每年检测，发现粒子、粘度和元素超标，应及时更换；3.按照各机型的设计要求，定期对偏航刹车器的液压进行检查，确保偏航机组的负载不会大于设计要求，偏航压力探测采用传感器的压力值和机械的压力表(理论上，两个读数应更接近于理论)，同时对高速压力表的好坏进行验证，以确定高速压力表的好坏。轴压力表与偏航压力表互换(相同的压力表)，主要是读出偏航半压值；4.对偏航齿和齿啮合面的润滑情况进行检查，定期对偏航润滑的废油脂进行清理，涂抹新的油脂；5.偏航轴承还是导致故障的一个重要原因，它定期检查偏航轴承和家用润滑脂；6.定期检查偏航刹车片的厚度，刹车片的厚度不超过2 mm ，及时更换机组偏航刹车盘均无锈蚀，油脂污染，情况好；制动盘表面堆积粉末，定期及时清理；7.偏航阻力过大，偏航压力增加，可导致电机偏航负载过大，有可能发生过载；在偏航压力较小的情况下，由于机舱保持过小，外载量太大可能被严重吹倒。因此，适当的偏航压力对过载偏航分析是至关重要的。

(二)、电气元件导致的故障

在偏航系统中，电气部件是控制回路的重要组成成分，电气部件的损坏还会导致偏航系统停止运行，不能正常工作。影响最多的有下几类：1.偏航电气回路主要是针对机组偏航返回路的接线和线路排查，包括：接线松动性否、连线是否可靠，有无露铜短路等检查，电气接线松动会导致偏航电机电达缺相而引起偏航电机保护开关跳闸报故障。2.偏航参数设置检测偏航电机保护开关的整定值，根据偏航电机保护开关的整定值设置，在1.011.5倍的额定电流中均可满足需求，即偏航电机保护开关的设置符合要求。3.偏航电机的尾风扇与偏航电机的刹车是同一个轴，在偏航电机的刹车释放过程中，利用偏航齿隙和减速箱的转动角度增大，使偏航尾风扇的转动角度增大。既可以在不运行偏航电机的状态下也可以手动拨动偏航电机尾部风扇一定角度。4.采用电能质量测试仪分别对偏航电机的电流和电压进行测量,根据采集数据,对数据进行两类方法对比分析:方法一,无风期时,机组手动偏航测量电流电压;方法二,机组在有风状态自动偏航和无风状态手动偏航数据分析;5.偏航主回路接触器使用的电气和机械寿命也会引起故障,现场建立机组偏航系统台账,对接触器批次进行更换。

(三)、偏航控制策略导致的故障

通常情况下,风机都处在自动偏航模式中,可以完成自动偏航动作,即风机能够自动对风。当机组不在停机模式且偏航系统处于自动偏航模式时,根据风速的大小可以划分出三个偏航区间,分别由5m/s和8m/s进行划分。1.风速小于5m/s,在这个区间中,针对30秒平均风向、60秒平均风向、180秒平均风向,分别设定了三个对应触发自动偏航动作的风向限制值,为18°、13°、10°,当机舱与实际风向的差值大于设定值时,自动偏航触发。2.风速小于8m/s且大于5m/s,在这个区间中,针对30秒平均风向、60秒平均风向、180秒平均风向,分别设定了三个对应触发自动偏航动作的风向限制值,为14°、7.5°、5.5°,当机舱与实际风向的差值大于设定值时,自动偏航触发。3.风速大于8m/s,在这个区间中,针对30秒平均风向、60秒平均风向、180秒平均风向,分别设定了三个对应触发自动偏航动作的风向限制值,为13°、6.5°、5°,当机舱与实际风向的差值大于设定值时,自动偏航触发。

对机组的偏航策略进行Bladed仿真,考虑偏航系统的各种惯性环节、考虑轴承摩擦、风轮陀螺力矩等,获取偏航系统运行状态、电机输出响应以及齿面的扭矩。通过仿真并观察,过小的偏航保持力矩会在电机刹车释放后电机扭矩介入前的时间段造成机组的滑移和转速过快的问题。通过查阅控制策略,在偏航压力全释放满足要求后,松开偏航电机电磁刹车,并在0.5s后启动偏航软启,偏航软启正常启动3s后,偏航压力状态为半释放状态。机组在偏航过程中有至少0.5s无保持力矩状态。对此问题分析研究,通过模拟实验论证,对现场机组偏航策略电机电磁刹车释放时间进行调整,解决机组在无保持力矩时的滑移,导致片阿红电机启动扭矩过大,同时对液压系统控制策略也进行调整,与偏航控制策略相互衔接要保持统一,从而使得偏航电机过载故障能够解决。

三、总结

综上，由于偏航电机的风电组经常发生过载故障，要充分提高风电组的性能，要认真分析各种可能引起故障的因素，研究者应将风电组的偏航系统作为一项重要研究，对其机械部分磨损、偏航轴承的磨损、偏航液压刹车系统，控制回路的电气部分，控制战略程度。在序等方面，要制定解决办法，采取相应的维修措施，确保风电机组稳定地运行。

参考文献

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