典型1.5MW风力发电机组变桨系统深度治理方法

刘旭隆 孙晓明 张寅

摘要：行业内早期1.5 MW风力发电机组变桨系统由于中国风场的特殊情况，同时风力发电机组所处环境较为恶劣，导致机组变桨系统控制与运行频繁出现各种故障，严重影响风力发电机组的可靠性和运行率。因此，需对运行8年及以上风力发电机组变桨系统进行深度治理，使机组运行更稳定可靠，减少变桨系统故障频发现状，增加机组利用率及发电量。

关键词：风力发电变桨系统深度治理利用率

中图分类号：TB857 .3文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）01（a）-0000-00

Deep Control Method of Pitch System of Typical 1.5 MW Wind Turbine

LIU XulongSUN Xiaoming ZHANG Yin

（Lumingshan Guanting Wind Farm of Beijing Jingneng Clean Energy Power Co.， Ltd.，  Zhangjiakou， Hebei Province， 075421China）

Abstract： Due to the special situation of wind farms in China and the harsh environment of wind turbines， the pitch system of early 1.5MW wind turbines in the industry often has various faults in the control and operation of the pitch system， which seriously affects the reliability and operation rate of wind turbines. Therefore， it is necessary to conduct in-depth treatment on the pitch system of wind turbine generator units that have operated for 8 years or more， so as to make the operation of the unit more stable and reliable， reduce the current situation of frequent failures of pitch system， and increase the utilization rate and power generation of the unit.

Key Words： Wind power generation; Pitch system; Deep governance; Utilization rate

1 背景與意义

随着大功率风电机组的批量运行和陆续出保，风机的维护也面临众多的压力和成本，稳定的变桨系统对于整个风机的安全稳定运行和发电量越发重要。

变桨系统作为整个风机的核心部件，需保证较高的可靠性和质量。早期风机变桨系统由于中国风场的特殊情况，环境较为恶劣，导致变桨系统频繁出现各种故障，严重影响风电的可靠性和运行率。特别针对已经运行8年及以上的风机，变桨系统故障频繁发生，极大降低了系统的利用率和发电量。

针对变桨系统的故障特点，需制定专业的故障处理、治理优化、深度维护。使其更加可靠，稳定地运行，增加系统稳定性及机组发电量[1]。

2 变桨系统简介

风力发电机组的变桨系统采用先进的电动变桨控制，提高了系统的可靠性，降低了维护成本。

变桨的控制系统由三个柜体组成：每只桨叶配置一个柜体，柜内集成驱动器、备用电源等核心器件，不仅实现风机启动和运行时的桨距调节，而且能够在事故情况下担负起安全保护作用，完成叶片顺桨操作，同时还完成故障诊断、状态监测、故障状态下的安全复位功能、雷电保护控制、备用单元管理功能等，确保了系统的高可靠性[2]。

3 变桨系统深度治理方案

3.1 结构部件检查及治理

（1）检查柜体外观，是否存在磕碰、划伤;

（2）检查柜体锁件是否存在损坏、缺失、螺钉无法拧紧或松动现象;

（3）检查柜体密封是否完好，密封条有无损坏、老化现象;

（4）检查柜内加热器、散热风扇等结构部件有无变形，紧固螺钉有无松动;

（5）检查限位开关安装是否有松动或损坏;

（6）检查变桨大齿轮的齿轮面加油是否均匀;

（7）检查变桨齿轮箱外观，及与变桨电机连接处有无渗油;

（8）检查变桨润滑系统是否正常运行。

3.2 通用电器部件检查及治理

此部分主要对变桨系统内部线路、电器件的功能/性能的检查和维护。在进行线路和元器件检查时需要断开所有电源，防止触电。注：带电测试时，需要风机在维护模式下才能操作。

（1）检查接触器是否动作正常，触头有无灼伤、发黑现象，并测量接触电阻;

（2）检查继电器是否动作正常，线缆接头有无灼伤、发黑现象，并测量接触电阻;

（3）检查微型断路器是否正常工作，线缆接头有无灼伤、发黑现象，并测量接触电阻;

（4）检查主空开、开关是否正常工作，线缆接头有无灼伤、发黑现象，并测量接触电阻;

（5）检查柜内防雷模块是否失效;

（6）检查柜内散热风扇、加热有无异常，风扇有无卡涩;

（7）检查柜内线缆有无破损、老化现象，电器件与线缆连接处是否有虚接;

（8）检查柜内及柜外线缆HARTING 接头及内芯插针是否弯折、松动、变形等现象。

3.3 核心电器部件检查及治理

3.3.1驱动器部分

（1）检查驱动器各接线端子有无灼烧痕迹，接线是否正常，有无松动现象;

（2）检查驱动器外壳固定螺栓/螺钉是否有滑丝现象;

（3）检查驱动器外部散热风扇运转是否正常，并对损坏风扇进行更换;

（4）测量驱动器制动电阻阻值是否正常;

（5）测量驱动器输入端是否正常，输出端电阻阻值是否正常;

（6）测试驱动器变桨功能是否正常;

（7）通过调试软件，分别测试1#轴，2#轴，3#轴桨叶：电机电子刹车动作是否正常，变桨速度设置为100（0.01 s/°），点击手动开桨10°左右，再点击手动顺桨至91°，检查驱动器工作是否正常;

（8）连接调试软件，查看驱动器程序版本号，并做好记录;

（9）检查通信接口，IO接口，电机电流，母线电压，电机输出电压，转矩，速度，位置，温度等数据值是否正常，检查驱动器内部的功能是否存在失效和异常现象[3]。

3.3.2充电器部分

（1）检查充电器接线有无松动，指示灯状态是否正常，充电器输入输出电压是否正常，充电器安装紧固螺钉有无松动，充电器风扇运行是否正常，散热片有无杂质;

（2）检查充电器各接线端子有无灼烧痕迹，接线是否正常，有无松动现象;

（3）检查充电器固定螺栓是否拧紧，螺钉是否有滑丝现象;

（4）检测充电器输入端X1：L，N间电压是否正常，输出端X2：+，-间电压是否正常;

（5）检测充电器外部NTC热敏电阻是否正常;

（6）检查充电电压、电流、温度等，检查充电器内部的功能是否存在失效和异常现象[4]。

3.3.3备用电源组件

（1）检查柜内环境，确保柜内无水、油污和灰尘等，若存在异物需及时清理;

（2）检查柜内电源组件所有机械结构部件，所有连接紧固牢靠;

（3）检查电池/超级电容外观，若电池/超级电容存在鼓胀、漏液、连接端子腐蚀或生锈等情况，需更换整组电池;

（4）检查电池/超级电容相关回路，确保连接正常无虚接现象;

（5）检查电池/超级电容电压及内阻[5]。

3.4 变桨电机部分

（1）检查变桨电机外壳有无磕碰、脱漆状况，与电机连接减速齿轮箱处有无漏油、渗油的情况;

（2）检查电机Harting连接器处线缆是否牢固，连接器内部有无退针、缩针现象;

（3）测量电机绕组阻值及对地绝缘电阻阻值，电机内部加热器阻值，电机风扇绕组阻值，电机刹车绕组线圈阻值;

（4）在变桨手动测试其驱动功能的过程中，观察电机转动是否平滑，有无噪音;

监控电机状态，在机舱开桨，顺桨状态下记录电机电压，电流，速度，位置，转矩，温度等狀态，测试电机的各种功能是否正常。在紧急收桨状态下测试电机是否能在紧急状态下回到安全位置，抱闸制动是否有效;

注：电机运行5年以上需要进行一次深度治理。

3.5 变桨减速机部分

（1）检查变桨齿轮箱油质有无渗漏现象，同时通过外漏的油质判断齿轮油及齿轮箱是否正常;

（2）清理并更换变桨齿轮箱内齿轮油。

3.6 滑环及滑环线部分

（1）使用专业清洗剂对滑环进行清洗;

（2）检查滑环线内线束是否通断;

（3）检查并测试滑环信号线，电源线，动力线绝缘性能;

（4）使用绝缘胶带修复滑环线磨损处[6]。

4 系统功能测试

（1）叶片校零：在限位开关处检查当前叶片的位置，同时校零，之后进行紧急收桨查看角度是否一致，限位开关功能是否正常;

（2）手动功能测试：分为机舱开桨/顺桨测试和变桨内手动测试两种，检查是否正常，电机轴承，噪音，性能是否正常，驱动器是否正常有无异响;

（3）紧急收桨功能测试：测试功能是否正常，电池电压变化情况，各回路器件是否正常;

（4）自动功能测试（机舱内开桨/收桨测试）进行驱动器、电机的各种指标监控;

（5）安全链功能测试，断开安全链或急停按钮进行测试。

5 安全事项

（1）在进行深度维护时，需要长时间在轮毂进行作业，因此需要保证整个风机和人员的安全，请相关操作人员务必严格执行;

（2）操作风机进行急停或维护状态，并确认 3个叶片已经撞到限位开关处，以保证风机不会自启动，避免突然运行带来危险;

（3）在小风或在安全风速下才能进入轮毂，并锁好机械和液压锁后才能进行维护操作;

（4）进入轮毂前在机舱侧断开进入变桨的所有 400VAC，230VAC UPS，24VDC 电源，以防止后续电气线路检查回路时发生触电;

（5）断开变桨系统柜体上所有开关，并用万用表检查是否带电。注意电池此时是有电的，在测试电池回路线路和电池开关时要注意;

（6）打开柜门时要轻拿轻放，柜门要放置在安全位置，注意柜门不要碰撞柜内器件和柜外的电缆及电机，编码器，防止撞坏或者刮伤电缆;

（7）变桨系统维护时，不允许对任何线路进行更改或变更，特别是安全链等回路。维护后恢复到之前的状态;

（8）维护人员的工具等要妥善保存，避免遗漏在轮毂内或者柜内。超级电容模组冗余并联连接，保证即 使在单个电容模组断路失效的情况下，后备电源仍能提供驱动直流电机紧急回桨的动力，确保风机安全;超级电容状态监测功能，集成在充电器内部的超级电容容值检测，可在不停机的情况下，监测后备电源的工作状态，使风机可以预判出电容模组容量不足，规避风险。

6 结语

通过对8年及以上风力发电机组变桨系统进行深度治理方案的实施作业，在进行深度治理后其变桨系统运行稳定性得到提升，减少机组变桨系统故障次数，增加机组变桨系统运行可靠性及稳定性。

参考文献

[1]邓攀登.风电机组变桨系统故障分析与诊断方法研究[D].北京：华北电力大学（北京），2018.

[2]刘强.风力发电机组不同变桨系统检修维护探析[J].百科论坛电子杂志，2020（18）：2650.

[3]王华.老旧风电场变桨系统的技术改造[C]//第五届中国风电后市场专题研讨会论文集，2018：326-328.

[4]杨红全.风力发电机液压变桨系统的建模与仿真[J].上海电气技术，2020，13（1）：11-17.

[5]王志远.基于故障数据的风力发电机组运行规律及维修策略研究[D].兰州：兰州理工大学，2021.

[6]王剑涛，吕跃刚.基于PLC的风电机组仿真平台研究设计[J].电气时代，2021（5）：39-41.