风电机组发电机故障分析诊断

冯小乐

摘要：随着国内经济的发展，人们的生产生活对于电力能源的需求越来越大。传统的火力发电以煤炭为主要燃料，在燃烧发电过程中排放物会对环境造成较大污染。因此，需要加大对新能源的开发和利用力度。国内风能资源丰富，利用风能发电是国内当前新能源发电中的一种主要方式。在风力发电中，发电机组是产生电能的重要设备。由于设备自身质量以及风电场恶劣环境的影响，导致风力发电机组在运行中易发生多种故障，造成风机停机，影响风电项目的效益，严重的话还有可能引发火灾、触电等重大事故，造成人员伤亡。基于此，对风力发电机组常见的故障进行总结，并提出相应的维护策略，降低发电机组故障发生率，确保风电场正常运行。

关键词：风电场 ；风电机组 ；运行故障  

电力行业是关系国计民生的基础产业，电力系统运作的好坏，直接影响到国民经济的发展和人民生活。随着我国可再生能源发电装机容量(特别是风力发电)在整个发电装机容量中所占的比例的不断增加，在电厂的运营上，为了保证安全，降低发电成本，提高可再生能源发电的竞争力，对设备实行更先进、更科学的管理、运行和检修体制，无论从发电厂的自身利益还是从社会的要求出发，都势在必行。发电机作为风电机组核心大部件之一，负责将机械能转化为电能，发电机故障是导致风电机组频繁停机的常见故障，发电机故障率高将严重影响风电场发电量和经济效益。

一、风电机组发电机常见故障

1、发电机散热能力不足，空冷器内部管路污染在发电机运行过程中，绕组和铁芯损耗产生的热量通过热传导传递到电机表面，并通过强制对流的方法将热量带走，除少部分热量通过热辐射散发到机舱内，多数热量被发电机上的冷却器带走。该风电场采用空空冷却器对发电机进行散热，冷却器靠轴流风扇带动空气流动，风冷机组通风系统的好坏将直接影响发电机的冷却效果。风路是否顺畅，能否带走发电机各个发热部位的热量，对发电机的性能有很大影响。

2、发电机排风罩破损、塌陷。发电机冷却系统将热量通过尾部排风罩排放至外界空气，尾部排风罩采用塑胶材质，钢箍缠绕固定。发电机高速运转并产生振动和热量，排风罩长时间工作在振动、高温环境下容易破损和脱落，排风罩一旦破损，热量会通过排风罩破损的孔洞排放至机舱内，使机舱温度升高，机舱温升会引起传动链润滑水平下降、管线加速老化等严重问题，直接导致机舱内部发电机、齿轮箱等大部件散热条件变差，严重时会造成发电机过温故障。现场踏勘时发现部分发电机排风罩尺寸过长，导致排风罩转弯半径过大并产生塌陷，降低了排风罩内部的通风面积，影响热空气流动。

3、发电机轴电流造成轴承电腐蚀。在定期检查时发现发电机轴承存在异响，检查发电机润滑和对中情况并无异常，将轴承拆下后发现内圈存在等间距的“搓衣板”纹路，判断为发电机轴承失效，原因是轴电流造成电腐蚀。双馈异步发电机采用变频器向发电机转子提供高频切换的电压脉冲，因此在轴、两端轴承和机座的环路中产生了高频环流，且轴承转动过程中产生的静电放电及发电机磁场不对称这两种情况也会使发电机轴带电。轴电压虽然微小，但当量值达到足以击穿轴承润滑油膜时，瞬间将依次经过轴承内圈、滚动体、外圈与电机定子机座构成回路（过电流）并产生电火花。一旦出现过电流现象，轴承滚道或滚动体在电流导通区域就会形成熔滴状破坏性表面，造成轴承提前失效。

二、风力发电机组运行维护策略

1、做好日常检修维护。要定期检查发电机转速传感器安装是否牢固，运行是否良好 ；接线回路有无虚接、错接现象 ；水冷系统运行是否正常，冷却器有无存在堵塞情况 ；散热风口通风状况是否良好 ；查看轴承有无磨损或润滑不良的情况，及时更换或添加润滑油 ；检查风扇是不是正常运行，风道有无堵塞情况。维护人员要定期利用先进的检测技术对叶片进行检测，及时发现裂纹、变形等情况，并采取相应的措施。比如，利用声发射检测技术可以收集叶片高频、瞬态的声发射信号，并对收集到的信号进行相应处理，能准确判断出叶片裂纹或变形的位置。检查叶尖液压管路的压接头是否有泄漏，压力开关是否良好，储压罐的蓄能状况是否良好等；检查变桨系统的机械部件有无变形情况，变桨齿轮有无明显磨损、擦伤情况，蓄电池有无老化情况，电机插头有无松动等。定期对齿轮箱进行清洁、润滑，清理齿轮箱体表面及内部灰尘，及时添加或更换润滑油，润滑油的更换周期最好不超过 36 个月。在进入盛风期前，要重点检查油位传感器、齿轮、轴承、冷却系统等重要部件的工况，对于不符合运行要求的部件及时更换。定期检查偏航系统的计数模块、偏航编码器数据输出是否正常，液压管路有无泄漏情况，液压元件有无损坏情况、偏航电机绝缘是否损坏等；检查变流器散热是否良好，及时清理冷却风扇上的积尘，防止变流器局部过热，对螺栓、垫圈等紧固件进行紧固，防止出现松动。

2、科学运用现代技术。风电机组是个复杂的系统，如果在设备部件出现故障前及时更换就可以降低故障发生率。风电机组在发生故障前有征兆，利用远程在线监测技术可以监测设备的运行状态，分析设备部件的安全寿命期。远程在线监测是利用安装在发电机组设备上的传感器来监测设备运行状态，通过收集传感器的反馈信号建立数据库，通过数据的对比来分析设备是否存在安全隐患，以便让检修人员提前检修或更换。由故障后检修变为故障前维护，降低维护成本和检修难度，减少非停次数。利用数据分析技术可以分析风电机组的故障发生机理，统计故障发生次数，为维护策略的制定和优化提供数据参考。同一风电场的运行环境相同，风电机组故障发生也有一定的规律可循。将风电机组的故障系统分为发电机、风轮、变桨系统、偏航系统等若干个故障子系统，利用故障树分析法和故障模式分析法分析汇总各个子系统的故障情况，建立故障分析报表 ；利用数据分析技术对各个故障子系统的故障类别、原因以及故障发生的概率等进行分析，并制定相应的维护策略，为制定和完善风电机组维护策略提供科学的数据基础。

3、健全维护管理制度

（1）制定针对性的维护计划。多数风电场的维护计划是根据机组制造商提供的维护清单来制定的，但不同风电场的地理及自然环境不同，部件的运行寿命周期也不一样。因此，维护人员需要在机组制造商提供的基础维护清单的基础上，根据风电场的运行环境和机组运行状况等制定针对性的维护计划，扩大维护范围，提高维护标准，根据每台风电机组制定完善的检修维护计划，避免出现维护不足的情况。

（2）强化人员培训，建立完善的岗前、专项培训体系，提高检修维护人员的检修技术水平。岗前培训主要包括 ：安全、环境、资质等方面的培训，专项培训主要包括专业知识（风电机组的结构组成、部件名称、运行原理等）和维护检修技术（常见的故障现象、产生故障的主要原因、排除故障的基本流程、专业检测设备的应用等）的培训。

随着社会的发展，科技的进步，全世界对能源的需求也越来越高。风力发电作为一种低污染、绿色环保的新能源，不仅技术成熟、规模大，而且成本较低，可控性较好，能够产生的电能非常巨大，因此受到了世界各国的喜爱与重视。由于风电机组在露天环境下运行，受不可抗力影响因素较多，故障发生率也比较高。因此，要围绕提高风电场的发电量、风电机组的稳定性以及降低风电机组维护成本等方面来开展科学的维护，逐步降低以至于杜绝风电机组的大型故障发生率，减少非计划停机和故障后的被动维修次数，确保机组稳定运行，为社会提供更多优质的绿色电力能源。

参考文献：

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