风电机组突发性故障状态检修决策研究

郭锐

（新疆龙源风力发电有限公司，新疆 乌鲁木齐 830054）

引言：随着我国近年来风力发电场的不断构建，风电机组的投产量不断提升，容量的增加是行业目前的发展趋势，从而为国家各行各业都能够持续稳定输送电力能源，但是与此同时，在风电机组的运行当中也呈现出了较为明显的问题，越来越严重的风电机组故障问题对于整体风电场的运行造成了严重影响，面临风电机组的突发性故障问题，必须及时对于相关故障原因进行分析并解决，从而保障机组的运行状态始终处于安全可靠，基于传统的故障检修工作内容，需要借助于现代化的先进技术手段，构建自动化的一体化系统，从而提升机组故障检修工作效率。

一、风电机组故障检修现状

基于风力发电在我国的发展时间来看，风电机组已经从千瓦级机组逐步转变为兆瓦级机组，为了能够保障风力发电的能源供给量，风电机组的实际运行容量增加，在较为空旷的郊区野外构建的风电机组，较为恶劣的环境当中长时间的运行对于风电机组内部设备来讲，产生了较大的影响，对设备的安全可靠运行造成了较大的阻碍，并且在长时间教条化检修的情况下导致大多数的风电机组极易发生突发性故障问题。而传统检修工作的程序化统一化导致风电机组的检修计划缺乏充足的科学依据，面临着检修工作浪费大量人力资源以及资金投入的情况下，检修工作的实际效率相对较小，呈现出维修不足以及维修过剩的情况，对于风电机组的运行以及风电机组的工作效率造成了一定影响。在这样的条件下需要风电场能够积极意识到风电机组的突发故障状态检修工作的重要性，既能够提升检修工作效率，同样也能够有效降低风电机组运行当中出现突发性故障问题的概率，实现双重保障，获得最大效益，进而促使风电机组的设备使用年限增加，并保障了风力发电的安全稳定性[1]。结合于我国现阶段的风电机组状态检修的情况来看，难以应用先进的网络系统构建一体化的检修工作，缺乏对于风电机组的监测、诊断、管理以及维修的自动化流程建设，缺乏功能强大的突发故障检测系统功能，在个别风电机组的状态检修工作当中能够借助于相关专家经验构建的初级故障诊断能力模块，但是难以融入深层次的理论支撑。在检修技术较为薄弱的局面当中对于风电机组的突发故障状态检修来讲，匮乏的现场经验对于检修工作的应用所提供的有效参考不够理想，效率较低的状态检修功能，难以对风电机组的正常稳定高效运行发挥实际效用。

二、风电机组状突发故障态检修内容

（一）数据采集

针对于风电机组在实际运行当中出现的突发性故障问题，为了能够保障风电机组的持续稳定的电力能源供给，需要针对于故障问题进行及时判定，进而提出相应的检修决策，从而保障风电机组能够恢复正常稳定运行，降低风电场机组故障的发生。结合实际来看，我国大多数的风电发电场当中的风电机组利用与传统的控制系统，对于风电机组突发故障状态下的相关数据信息进行全面收集，进而整合完成后，能够及时根据数据分析判定故障类型并提出相应的解决措施。具体来讲，一般情况下会相应地收集风电机组的变桨、齿轮箱、发电机、风速以及变流器等相关数据信息，进而判定风电机组的故障时刻状态。全面监测当前发生的突发性故障问题对于风电机组的运行产生的影响，实时掌控风电机组剩余组件的运行健康状况，通过收集的数据进而汇总成为风电机组检修决策的有力依据。

（二）在线监测

风电机组的在线监测一般情况下主要是针对于机组当中的各个组件进行监测，从而在出现突发性故障的第一时间能够及时发现并采取相应的解决措施，一般包括风电机组的发电机、齿轮箱以及主轴承等相关组件。监测风电机组的发电机主要是在自由端轴承的横向直径两端分布监测点，这两端同样也是发电机最容易出现故障的所在，而对于齿轮箱的实际监测点位主要在输出端轴承及输出端的轴向和径向位置，并同时检测齿轮箱行星轮的径向位置，保障齿轮箱容易发生突发故障的节点都能够覆盖在在线监测系统当中[2]。监测运行设备的实时参数需要依赖于轴承处的径向震动情况进行反馈，在远程监测当中能够实现既定风力发电场范围内的所有风电机组的实际运行情况进行监测，并在监测系统当中同时对各个不同的风电机组进行监测。面对风电场当中类型多样化的风电机组，都可以通过在线监测设备对突发性故障进行监控，从而通过数据的反馈能够及时定位故障点，促使后续的故障状态检修决策工作效率能够更快。

（三）故障类型诊断

水平轴，三叶片，上风向风电机组作为近年来风力发电当中最主流的结构形式，常见容易发生的突发性故障有电气故障、机械故障以及液压故障问题。机械故障大多数表现在齿轮箱的故障当中，风机机组的变频器、变压器等出现的故障问题为电气故障问题居多，而风电机组的液压故障主要是由偏航系统以及变桨系统的方面出现的故障问题为主。而其中最常见容易出现的故障问题是在齿轮箱中传动系统故障问题，其相对来讲修复条件较为复杂，造成的停机时间相对较长。

1.故障机理

齿轮箱常见故障机理：常见在接触应力的变化以及摩擦力发生的综合作用下，导致齿轮的表面存在着较为明显的裂纹，在力的作用下这种裂纹在不断朝向更为严重的方向发展，最终会使齿轮表面的脱落，形成凹坑等机械损伤。具体来讲包括点蚀疲劳剥落、浅层疲劳剥落以及硬化层疲劳剥落，这样的机理主要是由于长时间的交变应力之下造成的损伤，除此之外，还会出现齿轮箱轮齿折断以及齿面胶合的故障现象，这都是在齿轮箱运行当中基于齿轮的不断啮合，高速运转之下产生的，促使齿轮的接触面以及轮齿本身逐步的磨损和疲劳。根据不同的使用时间造成磨损和疲劳的程度也各有不同，在高温高压作用下的齿轮则会产生粘连作用，严重影响了齿轮的应用效果。齿轮折断同样也是引发风电机组突发性故障的重要诱因，由于部分地区中的湍流风速变化较大，导致齿轮箱内的齿轮受到较大的冲击载荷，从而使齿轮出现疲劳现象，促使齿轮根部受到脉冲弯曲压力的同时，同样也会产生较为严重的疲劳裂纹，最终则会促使齿轮折断[3]。

叶片故障机理：在风电机组的长时间运行之下，叶片在风力侵蚀和交变应力的作用情况下会产生裂纹，叶片裂纹会影响到叶轮的实际受力作用，造成轮毂、主轴受力不均匀的现象发生，最终将会导致主轴及自身受损破坏，其次叶片处的螺丝松动或是由于叶片老化，最终也会导致叶片开裂。在常见的低温冰冻环境当中低于0℃的环境下叶片受冷空气侵袭，在寒冷天气叶片轴承转动受阻，导致叶片冰冻，或是在雷雨天气中缺乏相应的避雷设备，导致叶片无法运行。

发电机故障机理：常见出现发电机故障的主要原因大多数是由于温度过高或者运行时间过长导致的，短时间内输出动力过大或散热系统工作异常，导致在发电机当中存积大量的热量，进而促使发电机系统循环不畅，造成最为常见的发电机绝缘损坏以及发电机轴承故障形式。

2.故障检测

现阶段在风电机组当中常见使用到的突发性故障检测方法主要是基于神经网络构建的智能系统故障诊断，以及故障树、多元特征决策融合等方法对于风电机组的故障问题进行智能诊断。按照基础故障特性以及相应的参数指数，以计算机为基础对生产过程进行控制与自动化调度，进而实现可视化的监控风电机组的运行状态并发起相应的控制指令，通过数据采集，能够实现风电机组的测量、参数调节以及警报功能。

（四）故障预测

作为在风电机组整体状态检修当中的核心技术，突发性故障预测能够保障在风电机组运行当中出现的各种故障问题建立相应的检修预警工作，从而降低实际检修工作当中的成本投入，基于在线网络进行监测获取到机组的实际运行信息，结合线上统计远程控制，对风电机组当中的各个组件监测故障预测模型，进而根据在正常状态下的不同参数进行比较，从而对于风电机组的运行状态进行判断，全面分析机组的突发故障成因等情况。

三、状态检修决策

风电机组的突发性故障状态检修主要是结合故障诊断系统以及故障预测系统，以风电机组的现行运行状态情况进行研究，对照常规标准状态下的风电机组，按照检修周期中的相关规定，对风电机组的运行进行定性评价[4]。将在线监测收录到的数据集中收录在系统数据库当中，供给后续进行检修工作的既定依据，通过风电机组阶段内产生的检修周期变化，确定不同组件的实际优化检修内容，进而确定最终的检修实施时间。

（一）状态检修实施流程

由于大多数的情况下风电机组的突发性故障具有一定的随机性，在这样的前提下为了保障检修工作的及时与准确性则需要借助于状态检修，通过了解风电机组运行历史数据，从而对风电机组的故障原因进行监测，明确风电机组的故障点，进而能够确定检修工作的具体项目。风电机组的具体检修实施工作流程需要首先通过分析监测机组的状态，进一步确定机组运行中存在的故障点以及相应的故障情况对于机组运行造成的影响，经过系统自动生成数据信息后，及时进行相应的检修管理工作。下达检修决策后，根据具体的检修工作以及检修完成后的风电机组运行呈现出的状态进行统一判定，最终形成较为机动的闭环处理决策，具体流程如图1 所示。基于检修工作风电机组大容量的环境当中产生的工作量同样相对较大的特点，工期时间长，在风电机组当中需要针对于故障点位常见的设备进行全面监测。

图1

（二）突发性故障状态检修实施

最常见在风电场当中对风电机组进行检修的方式是基于机组状态信号以及故障特征的数据提取，从而对故障问题进行诊断并进行检修，这样的检修工作建立在专家的专业化分析以及工程师的技术指导经验基础上，进而对设备运行状态进行决策。这其中需要保障信号来源的准确性和可靠性，使用监控系统获取到相关的设备信号，确定不同突发性故障问题的监测参数，最终确定传感器等设备运行点的布置，根据对应项目指标的参数确定监测系统的基础配置，并结合设备信号分析软件对风力电机组进行可靠性分析，对于多次检修监测的数据进行总结收录，最终建立风电机组的标准状态。

结束语

对于风电机组常见容易发生突发性故障的问题进行及时的状态检修，能够有效降低后续的检修成本，促使设备使用率得到提升，基于状态检修决策流程的复杂化，需要针对于其中的各个环节进行全面的分析，状态检修决策作为风电机组的检修工作趋势，也成为了状态检修当中的重要的存在。