关键词：风力发电机;故障检修;处理
引言
重点阐述了风力发电机组的主要故障模式、故障发生机理及维护措施，通过对风电机组故障系统化分析，并结合当前先进技术，提出了更科学、合理、高效的风电机组维护策略，对于风电企业提高运维技术、突破当前运维困局具有重大的意义。
1风力发电机概述
风力发电机是将风能通过电力设备的运转转变为机械能的设备，在当前社会和经济领域得到广泛应用。从当前我国的风力发电机的发展情况来看，为了适应社会经济可持续发展的需要，在风力发电的建设规模上，不断地进行风力发电的技术研究，就如何进行电能转换，经过理论界和实际运用的验证，得到了大量的研究成果。在对故障问题和发生原因进行分析的过程中，得到了相应的技术手段以及故障处理的策略。
风力发电机采用机械功带动转子旋转的原理，是一种交流电的转换中将风能转换为机械功的电力设备。风力发电机一般包括了塔架风轮发电机调相器储能装置等构件，其工作原理相对简单，当风能以太阳为热源传送到地面的时候，风轮在风力的作用下，能够通过旋转将动能转化为机械能。这是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发电设备。当前由于能源紧张，人们对于矿物能源的供应不稳定有了深切的认识，开始寻求清洁的可再生能源过程中，于是发现了风能就是一种非常好的无污染的自然资源。
在风能转换上以太阳为热源，以大气为功的介质，将自然资源加以利用。这是风力发电机作为电源的可再生利用所得到的很有效的结果。利用风力带动风车，然后通过增速机将旋转的速度进行提升，最后采用发电系统中的发电机头和具有科技含量的风力发电机充电器等进行风力发电。风力发电机由于风量不稳定，因此其输出的电源为交流电。通过输出之后，在充电器、整流电器充电的过程中，实现了风能发电器的电能转化，其机械连接和功率传播原理是对轴向和角度进行偏移的调整，将万能弹性联轴和高速轴加以连接，通过齿轮箱将转距传递到发动机上。在转动的过程中，阻止机械装置的过载，将直驱型风机桨叶通过齿轮箱与电机相连。发电机的结构主要包括了机舱转子叶片中心低速轴齿轮箱发电机电子控制器冷却装置塔以及充电设备等。以上结构，经过不断的研发，在当前的风力发电机上已经形成了多种类型，例如水平轴和垂直轴风力发电机。目前国外发达国家在进行风力发电机的研发上已经拥有了很好的成果。风力发电机能够产生维护简单的转向机构，在水平轴上实现新型风力发电。目前最大功率是我国生产的50kW垂直轴风力发电，还有日本的最大功率也已经达到了30kW。通过大型垂直轴风力发电机的制造，风力发电机已经开始成为世界新能源的主力军。
2风力发电机组主要故障分析
2.1叶片故障
叶片是风电机组获得风能的主要部件，随着风电机组功率的不断增大，机组的叶片不断地加长、变大，重量达到数十吨，其工作状态直接影响到风电机组的性能、效率、质量和经济效益。叶片长期在露天、恶劣的环境下工作，雨水和蒸气的腐蚀，阵风或雷击等因素的破坏，长时间运行产生的疲劳裂纹等，均是叶片产生故障的隐患。常见的叶片故障包括:①梁帽强度不达标造成的叶片断裂;②因前、后缘粘接强度较弱造成的叶片开裂情况;③叶片尖部强度较弱造成的接闪器和尖部的脱落;④对剪腹板产生压力后出现的断裂情况;⑤部件连接不合理造成的螺栓磨损或扭断等情况。
2.2齿轮箱故障
齿轮箱位于风电机组机舱内，是连接风电机组主轴和发电机的重要部件，主要作用是将主轴上较低的转速提高到相对较高的转速，以满足发电机工作所需的转速要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆齿轮箱包括行星齿轮与两级平行齿轮。其工作环境较为恶劣，内部结构和受力情况复杂，长期在变工况、变载荷的情况下运行，受交变应力、冲击载荷等作用的影响，齿轮容易发生齿面磨损、齿面擦伤、点蚀、断齿等故障。
2.3轴承故障
轴承是风机的核心部件之一，风机运行过程中经常会发生轴承振动现象，经常激烈的振动可能会导致叶片、轴承、风道、机壳的损坏，还会引发固定螺栓松动，对风机安全运行产生巨大威胁。导致轴承振动的主要原因有以下几个方面:①叶片灰尘，叶片受力改变，造成负荷不均匀，引发风机和轴承振动;②叶片磨损过大，叶片重心偏移，引发风机和轴承振动;③风道系统振动引发的轴承振动。
3风力发电机组维护策略
3.1定期维护基础计划
大部分的风电场定期维护策略，是依据机组制造商提供的维护清单制定机组定期维护计划，该维护计划是机组维护的基础维护。风电场工作人员按照维护计划规定的维护周期完成所有要求的维护项目，将风电机组的故障和损坏减小到最少。维护工作内容主要包括叶轮、发电机、塔架、机舱、控制系统、轴承、液压润滑系统和在线振动监测系统等的维护。该维护策略主要是定点定期主动检修或者重新更换预计可能出现故障的零部件，调整风电机组各个部件的工作状态到标准状态，是预防性的维护方式。
3.2传动齿轮和轴承检修
检查变桨系统传动齿轮和轴承的磨损情况，对变桨传动链零部件进行更换。发现有供电组件出现问题的时候，应该对供电电压是否正常进行检验。再就是发电机过热和发电机上振动等原因。对于这部分故障，应该检查发电机轴承的磨损情况，减轻负荷更换轴承，同时对冷却空气不流通的情况通过清洗通风管道加以解决。调整转盘上的间隙，将风轮轴座更换，并将轴承的损坏部分加以更换。对于震动和频繁晃动的原因，应进行运行标准的检查，利用液压扳手对轴承上的螺栓进行紧固。
3.3定期维护计划定制化设计
各风电场地理环境差异大，不同风电场的风向变化频率、环境温度、湿度、污秽等级、空气腐蚀性、湍流等都有较大区别。不同的工作环境，部件的寿命、系统的协调性等是不一样的。因此制定维护策略时还要考虑到不同的使用环境，同一型号风力发电机组的故障特点不同。同一风电场风电机组因为部署位置不同，各系统工作强度千差万别。技术人员应依据风电场的实际环境、机组运行实际情况等适当扩大维护范围或提高维护标准，对每个风电场甚至每台风电机组制定特别检查项目，避免风电机组的维护出现了“水土不服”的情况。
3.4风电机组运行状态在线监测
通过远程在线监测，对采集的数据进行分析诊断，可预知即将损坏的部件，提前准备相关备件及专用工器具，并在无风期提前更换，及时消除故障隐患。从而提高机组完好率和利用率，提高机组维护工作质量和节省各种费用，减少电量损失，提高总体效益。
但是远程在线监测必须以精确的分析诊断为基础而进行，作为一种新技术它本身还处于不断发展和完善之中，数据分析诊断手段还不够成熟。由于投入成本较高，并且不是风电机组所有系统都适合采用，因此远程在线监测只能作为风电机组维护策略的补充辅助措施。
结语
风力发电机在运行的过程中，一旦发现问题可能造成经济损失，并且威胁人的安全。因此对于安全隐患必须进行及时的检修和处理，采用相应的故障处理办法和运维模式进行维护，保障风力发电机的正常运行。
参考文献
[1]风力发电机组故障电压穿越能力测试规程:GB/T36995-2018[S].2018.
[2]赵慧娴.风力发电机故障监测系统数据采集单元的设计[J].价值工程,2018,37(32):121-123.
论文作者:修晓康
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 17期
论文发表时间:2020/1/9
标签：机组论文; 叶片论文; 风力发电机论文; 故障论文; 齿轮箱论文; 轴承论文; 风电论文; 《当代电力文化》2019年 17期论文;