风场MY2.0MW风力发电机组变桨系统故障分析及处理方法

　　摘要：随着我国风电产业和科学技术的不断发展，越来越多的风电项目并网发电，风机运行可靠性与稳定性对风电企业的重要性越来越备受关注。此毕业设计通过总结河北尚义王悦梁风电场明阳MY2.0MW风机变桨系统故障处理的实际经验，阐述了明阳2.0MW风力发电机组变桨系统的构成、作用、和变桨角度差异产生的故障，并针对这些故障提出相应的处理措施。
　　关键词：风电机组；变桨系统；构成；作用；故障处理；
　　随着风电技术的不断成熟与发展，变桨控制技术即能提高风力发电机组运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。然而变桨控制系统在实际运行中也出现了诸多问题。河北尚义王悦梁风电场常年风频变化较快、夏季高温及冬季严寒、所使用的明阳MY2.0MW型风力发电机组在实际运行中出现变桨系统一系列故障，导致风机大规模的停机，直接影响了风电场的发电量和经济效益，解决此类问题迫在眉睫。
　　一、变桨系统的工作原理和结构
　　变桨系统的所有的部件都装配在轮毂中（如图2-1）风机正常运行时所有部件都随轮毂以一定的速度旋转。
　　变桨系统是一种风力发电机叶片调节装置。通过调节桨叶的节距角使叶片受风角度发生变化来迎合风速变化，从而在低风速能够充分利用风能具有较好的气动输出性能。在高风速时又通过改变桨距角来降低叶片的气动性，使叶片输出功率降低达到调速限功的目的。
　　（一）变桨系统的工作原理
　　变桨系统根据风速大小自动进行调整叶片与风向的夹角，使叶片攻角在一定范围内变化（正常运行0°～90°）实现风轮对风力发电机有一个恒定转速；使叶片攻角在一定范围内变化；在机组出现故障时，先使叶片顺桨，以保证安全可靠停机。
　　（二）变桨系统的基本结构
　　1、变桨系统的组成
　　变桨系统由1个中控箱，3个轴箱组成。轴箱连接一台电机，每个桨叶匹配两个限位开关和可选编码器（如表2-1）。
　　2、变桨系统各部件连接图
　　变桨系统各部件通过电缆连接，每个轴箱与中控箱通过连接线缆和连接器连接。轴箱与电机、编码器、限位开关连接。电机和编码器分别通过线缆和连接器与轴箱进行连接。
　　（1）变桨电机：变桨系统包括三个三相交流异步电机，正常运行时机受轴箱PMC（额定电压为560V DC的变流器）控制转动。
　　备用电池：在供电故障或紧急顺桨的情况下，电池可提供电控制每个叶片旋转到顺桨位置。
　　（2）机械限位开关：分为91度限位开关和95度限位开关。
　　（3）冗余编码器：将检测得到的位置或速度信号传入，如果与旋变的信号相差过大，就会报警。
　　（4）中控箱：叶片角度的控制和与滑环之间控制信号的传输。
　　（5）轴控箱：每个叶片配有一个轴控箱，箱变的变流器控制变桨电机的速度和方向。
　　二、MY2.0MW风机变桨系统故障分析与处理方法
　　（一）变桨系统故障分析
　　主要目的：最直接的目的就是解决故障，恢复风机运行。更重要的是杜绝同类故障再次发生，提出改进或优化建议。
　　机组故障的处理过程：故障信息的获取、故障信息的筛选、分析可能故障点、确认真正故障点、问题解决与机组恢复运行及故障處理报告与记录；
　　故障信息获取的途径：机组故障信息、辅助信息与其它信息。机组故障信息途径取从人机界面的子界面查看各部件显示的运行状态以及现场登机检查各部件真实的运行状态；
　　辅助信息：包括机组配置、运行阶段、自然环境以及供电环境。机组配置如塔高、叶片长度、各部件类型厂家等。运行阶段包括吊装、调试及运维三大阶段。自然环境是指风机所处的是低温、高温、高原或超1类等自然环境。供电环境一般采用外部电源临时供电、农网、限电等；
　　其他信息：此故障是否首次出现，有无类似现象、个性问题还是共性问题。之前是否有人来处理，处理的过程及现象，机组是否存在带故障运行与其它异常信息。
　　（二）变桨系统故障处理方法
　　1、变桨角度故障
　　桨叶1变桨角度有差异
　　桨叶2变桨角度有差异
　　桨叶3变桨角度有差异
　　故障原因：由变桨电机上的旋转编码器（A编码器）收集桨叶角度与角度计数器（B编码器）收集的桨叶角度作对比，两者相差过大将会触发故障。
　　工具准备：万用表、小一字螺丝刀、38件套
　　处理方法：
　　1、度计数器（B编码器）是机械凸轮结构，与叶片的变桨齿轮啮合，精度不高且会不断磨损，在有大晃动时有可能产生较大偏差，因此先复位，排除故障的偶然因素；
　　2、当主控页面反复报此故障，进入轮毂检查A、B编码器，首先检查编码器接线与插头是否松动，若插头松动，拧紧后可以手动变桨观察编码器数值的变化是否一致，若有数值不变或无规律变化，检查连接线是否有断线的情况。编码器连接线机械强度相对低，在轮毂旋转时，有可能与插针分离，或者线芯在半断半合的状态，这时虽然可复位，但转速一高，松动达到一定程度信号就无法传递，因此可用手摇动连接线和插头，若发现在晃动过程中显示器数值在跳变，可拔下插头用万用表测通断，有不通的和时通时断的，要进行处理，可重做插针或接线，如不能处理可更换连接线。排除这两点仍然报故障，编码器本体可能损坏，更换即可。由于偏航计数器的凸轮结构脆弱，在旋转过程中可能出现破损，因此对凸轮也进行检查。
　　2、桨叶91°限位触发故障
　　桨叶一91°限位开关触发
　　桨叶二91°限位开关触发
　　桨叶二91°限位开关触发
　　故障原因：叶片限位开关设定触发角度为91°，当触发的角度与叶片设定值有偏差主控系统将会报此故障（如图3-3）。
　　工具准备：活动扳手、小一字、12件套。
　　处理方法：
　　1、检查桨叶内有无异物触碰限位开关；
　　2、检查叶片角度实际位置。限位开关长时间运行后会松动，导致凸齿与限位开关相撞时的角度偏大，此时需要两人进入轮毂，一人进入叶片进行机械调整，一人在中控器上微调叶片角度，观察到达限位的角度，然后参考这个角度将限位开关位置重新调整到刚好能触发时，在中控器上将角度调回91°。限位开关是由螺栓拧紧固定在轮毂上（右图所示），调整时可用活动扳手或叉形扳手。
　　参考文献
　　[1]孙强，郑源.风力发电工程技术丛书[M].中国水利水电出版社，2016.
　　[2]丁立新.电场运行维护与管理[M].机械工业出版社，2014.
　　[3]杨校生.风力发电技术与风电场工程[M].化学工业出版社，2012.
　　[4]纪志帅，劳德洪.风电场运维与风力发电机维护及保养[M].机械工业出版社，2016.
　　（作者单位：江苏师范大学）

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