摘要：随着建设资源节约型社会理念的深入贯彻，清洁能源的开发与利用得到国家有关部门的大力支持。风力发电作为典型的清洁能源，得到国家政府的大力支持，风力发电技术在近些年里呈现出爆发式的增长。为保证风电场正常运营，风力发电机组的高效运行是必要前提，故此，如何提高风电机组的维护质量并降低风电机组的维护成本，已经成为一项值得探讨的课题。本文主要对风力发电机组的维护策略进行分析和探讨。希望能给相关从业者带来帮助。
关键词：风力发电机组；维护；策略
0 引言
上个世纪九十年代，我国风电才开始进行建设，在之后的几年内，我国深刻地认识到风电在社会经济当中所起到的重要作用，在装备制造以及风电场的发展都有很多优惠政策，大力鼓励发展风电产业。在2005年，可再生能源法的落实，我国风电产业开始实现快速发展。从风电场建设到机组的制造，我国风电装置容量也在不断增长，对于整个行业有着很好的促进作用。各个地区的风电场规模逐渐形成，直到现阶段为止，大部分风电机组设备都超出了相应的保修期，并且由于受到相关因素对其的影响，风电机组所产生的维护问题也体现出来。
1 风力发电机运行特征
风力发电机组的实际使用寿命一般为二十年，然而因为风电机组大部分在草原牧区、高原地带、沿海岛屿、山区等区域安装，并且这些区域的自然环境都非常复杂，发电机组长期工作在沙尘、低温、冰雪、雷电、风暴等恶劣环境中，由于受到自然环境因素对其的影响，并且受到荷载以及风速对其的影响，使得机组的实际工作状况比较复杂，很容易造成风电机组的相关零件在实际的寿命期当中产生损坏和故障，使得机组自身的安全性以及可靠性受到很大的影响。风电场机组分布范围通常都很大，在产生故障时不容易被及时的发现，维护当中也非常困难，这样就会造成维护成本增加。为了在此基础上保证风电机组的安全可靠，将维护成本降低，就需要对风能资源合理应用，将风电机组的可靠性以及高效利用率提升，将风电机组的使用寿命有效提升。
因为风电机组长期在恶劣的自然环境中存在，所以其自身的机组部件很容易产生故障，风电机组往往因为某些部件产生故障而出现停机。如果经常产生故障，不但在维护中有着很大的工作量，最为严重的就是机组往往在没有达到使用寿命期限就会出现报废。为了提升机组的自身可靠性，就需要将机组故障发生率降低，需要对机组故障的基本状况、发展趋势、风电机组系统及其主要问题等进行多方面的研究，发现其中隐藏的规律，再采取有效措施，从而减少或预防故障的发生。
2 风力发电机组主要故障特点
2.1 叶片故障
叶片是风电机组获得风能的主要部件，风电机组处于工作状态时，叶片会承受较大的应力，容易出现故障，例如，叶片在长时间运行后，由于长期与蒸汽和空气进行接触，容易腐蚀叶片，出现剥落情况，从而导致表面粗糙；由于结构松动而引发的结构不稳定等。当叶片由于外力而出现裂纹或变形等情况时，会释放高频瞬态的声发射信号，基于此特点，发射检测被应用到叶片损伤评估工作中。叶片一旦发生故障，会导致转子叶片受力不均衡，而这种应力经由主轴进行传递会对机舱造成一定的影响，促使整个机舱出现颤动，严重影响风电机组的稳定性。
2.2 齿轮箱故障
齿轮箱是连接风电机组主轴和发电机的重要部件，主要作用是提高主轴运转速度，促使其满足发电机运行的基本需求。齿轮箱多包括行星齿轮与两级平行齿轮两个构造，工作环境较为恶劣，且工作情况较为复杂。齿轮箱内部行星齿轮与高速轴侧轴承等均较容易在长期运行下出现故障。在风电机组运行期间，较容易受到交变应力及冲击荷载等作用的影响，从而导致齿轮出现磨损、生锈、滑动等问题。
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2.3 发电机故障
电机发生的故障可总结为电气故障与机械故障，其中电气故障包括短路、断路、过热等；机械故障包括轴承过热、损坏、磨损严重等。经由对震动与电流以及温度等信号的分析，可以有效对电机故障进行检测与评估。双馈式风电机组转速较高，定额转速可达到1500r/min，为此，风电机组的齿轮箱需要在提速后才能配合其运行过程，但这种调整会在一定程度上增加机组自身的质量，且发电机的快速运行会造成噪声污染。
3 风力发电机组维护策略
3.1 基础维护策略
当风电机组出现大型故障或灾难性故障时，迅速进行修理维护是必不可少的，但这种维护方式是被动的。这种修理维护通常都工作量大，修理过程中需更换许多零部件，一次下来通常会耗费大量的时间和较高的成本，甚至会导致事故扩大化。应尽可能避免。
预防性维护是有效避免出现上述恶劣情况的基础维护策略。预防性维护是依据机组制造商提供的机组维护清单制定机组维护计划，按照预先规定的维护周期完成所有要求的维护项目，将风力发电机组的故障和损坏减小到最少。工作内容主要包括叶轮、发电机、塔架、机舱、控制系统和远程监控等等的维护。该维护策略主要是定点定期主动检修或者重新更换可能出现故障的零部件，将风力发电机组各个部件的工作状态调整到标准状态。
根据制造商提供的机组维护清单制定的维护计划是机组维护的最低标准，由于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、系统的协调性等显然是不一样的。因此制定维护策略时应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。同一风电场风力发电机组因为部署位置不同，各系统工作强度干差万别。电场技术人员应依据风场的实际环境、机组运行实际情况等适当扩大维护范围或提高维护标准，对每个风场制定特别检查项目，避免风电机组的维护出现了”水土不服”的情况。
3.2 基于故障统计分析的维护策略持续改进
风电机组是一个复杂的综合系统，机组的故障在出现前期必定会出现一些征兆。风电场应组织技术人员对机组故障进行统计分析，找出故障分布规律。复杂故障和复杂系统可以通过逐步分解的方法进行分析、研究，以此找到风电机组故障的发生机理，从而进一步得出故障发生和发展的过程，作出科学系统的故障诊断，为机组维护策略的持续改进提供重要依据。
目前国内通常是将故障树分析法作为基础，进行风电机组故障的 FMEA 模式分析。针对并网风电机组故障分析，首先对其进行科学合理性的划分，通常会把风电机组划分为多个故障子系统，其中涵盖了：风轮、塔架、变桨系统、传动系统、刹车系统、发电机、电气系统、传感器等子系统。应用故障树分析法（FTA）、故障模式及后果分析法（FMEA）对各子系统开展故障分析，最终形成风电机组及故障子系统的 FMEA分析报表，给出各个故障子系统与机组故障类别的故障模式及影响分析、故障概率级别等，对于故障模式、故障原因、故障因素进行分析，同时制定与之相应的处理措施。并依据此结论对机组的维护策略进行完善优化、持续改进。
结语
风力发电机组是风力场发电的核心机组，科学高效的风力发电机组维护策略是保证风力场正常、稳定发电的基础，因此，技术人员应该在现有的维护策略的基础上，进一步研发出更有效、更合理的风力发电机组维护策略。
参考文献：
[1]孟惠，石敏.风力发电机组的故障处理和运维措施[J].黑龙江科技信息，2014（10）：54.
[2]何昌国.大型风电机组故障模式统计分析及故障诊断[J].《工业》2016，20：0195.
论文作者:杨文珺
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：机组论文; 故障论文; 风电论文; 齿轮箱论文; 策略论文; 叶片论文; 风力发电机组论文; 《电力设备》2018年第34期论文;