风电机组异常故障分析及处理

时间：2026-01-22 理论教育安安版权反馈

【摘要】：（一）风电机组故障的一般性规律风电机组是由大量零部件组成的。（二）风电机组异常的分析处理本部分所说的风电机组异常是指通过机组监控系统未报警而设备实际存在的缺陷和隐患。一般通过三种手段可以发现：定期对风电机组进行巡视，定期设备维护，运行数据的分析。（三）风电机组故障的分析处理1.风电机组故障分类通常风电机组故障按照故障发生后机组所处状态和风电机组的结构系统进行分类。

（一）风电机组故障的一般性规律

风电机组是由大量零部件组成的。由于机组设计、制造工艺、装配水平、运行环境的不同，表现出的可靠性也是不同的。严格意义上讲，风电机组并不存在所谓的常见故障，因为如果同一个故障反复频繁发生，就应该采取有效的技术手段加以解决。结合设备故障因果分析图，从事故发生的时间性和原因上讲，大致则可以得出以下基本规律：

（1）在风电机组运行初期，因设计、制造、工艺、安装、调试等问题容易引发故障。

（2）在运行期间，因环境适应性、维护或操作不当等原因容易引发设备故障。

（3）较长时间运行后因设备老化、零件的磨损、部件使用寿命到期等原因容易引发故障。

（4）在特殊的地形和极端气候情况下，因机组选型不当、恶劣环境条件等因素容易引发故障。

（二）风电机组异常的分析处理

本部分所说的风电机组异常是指通过机组监控系统未报警而设备实际存在的缺陷和隐患。

造成设备异常的原因很多，包括制造工艺问题、零部件磨损老化、维护不当和环境影响等。一般通过三种手段可以发现：定期对风电机组进行巡视，定期设备维护，运行数据的分析。

1.渗漏油

风电机组的渗漏油包括液压油、齿轮油和润滑油的渗漏。发现液压油或齿轮油渗漏，应立即进行检查。检查时应将渗漏油表面清理干净，观察渗漏油的速度。如渗漏油严重，机组不宜再运行。变速箱渗漏油严重时，如继续保持运行，特别是大型的强制润滑的风电机组变速箱将造成轴承过热而损坏，甚至造成变速箱箱体开裂。

齿轮油渗漏可能的原因包括：变速箱体各结合面的密封不良，齿轮油的循环冷却系统管路中的部件松动和磨损，管路接头连接不良等。

液压油渗漏可能的原因包括：密封圈老化，油管接头或阀体紧固不到位，油管老化或磨损等。

润滑油（脂）渗漏包括主轴轴承和变桨轴承润滑油（脂），一般是由于轴承密封老化或者轴承密封与轴承配合不当造成。如果润滑油加油量不当，超过了维护标准也可能造成油脂外溢。

2.叶片声音异常

叶片声音异常一般都是由于叶片遭受雷击、风沙侵蚀或工艺问题造成叶尖或叶片边缘开裂。如果只是轻微的哨声，可继续保持机组的运行，并加强观察；如果声音较大，则不宜再继续运行，并及时修复，否则叶片可能大面积开裂，严重时造成叶片断裂。

3.偏航声音异常

偏航声音异常一般是由于机组偏航系统润滑不良造成的，应及时进行补充润滑，并进行检验。同时还需要检查偏航减速器本体、偏航齿轮啮合、偏航系统螺栓紧固等情况有无异常。机组载荷设计不当也可能引起偏航声音异常。

4.偏航齿圈齿面磨损或断裂

偏航齿圈齿面断裂和磨损一般由以下原因造成：

（1）强台风造成机组振动，齿轮过载断裂。

（2）偏航齿轮长期润滑不良（由于维护不及时，盐雾腐蚀、风沙侵蚀等因素引起）。

（3）润滑油（脂）选用不当。

（4）偏航减速器小齿轮与偏航齿圈啮合不良等。

5.变速箱齿轮齿面损伤或断裂

变速箱齿轮齿面损伤或断裂，一般由以下原因造成：

（1）大风情况下机组突然紧急停机。

（2）齿面热处理工艺缺陷。

（3）变速箱中有金属污染物。

（4）齿轮啮合不良等。

发现齿轮齿面损伤或断裂应对变速箱齿轮的具体情况进行判断。如果无其他异常情况，每个齿的齿面点蚀、剥落或胶合面积在啮合面积的10%以内，应加强观察；如未继续发展，通过表面打磨处理可以坚持运行，或进行限功率运行，待备件到位后组织进行处理。如果齿面损伤面积过大或发生齿面断裂（见图73），应立即停机对变速箱进行修理或更换。

图73　齿轮箱齿面崩齿

（a）齿面损伤面积过大；（b）齿面断裂

6.螺栓断裂

螺栓断裂（见图74和图75）一般由以下原因造成：

图74　主轴轴承座螺栓断裂

图75　塔架法兰螺栓断裂

（1）螺栓本身的质量存在问题（可通过超声波检测、磁粉检测手段检查发现，出现这种应送专业质量检验机构检验）。

（2）施工时紧固工艺不当。

（3）螺栓力矩值设置错误，造成过力矩。

（4）设备满发时紧急停机次数过多。

（5）风电机组所处位置风切变指数大或湍流强度高。

（6）严重低温影响。

（7）严重腐蚀造成强度下降。

（8）传动系统轴承严重磨损，造成疲劳过载。

塔架螺栓断裂还可能由于塔架法兰面不平整或机组叶片不平衡进而造成螺栓疲劳。螺栓断裂是个比较复杂的问题，可能是多种因素共同作用造成的，应综合分析判断。

7.机组实际功率曲线与制造商承诺功率曲线不相符

功率曲线与额定功率曲线不相符对设备运行安全并无直接影响，主要影响风资源的有效利用率。对于长期超过额定功率运行的机组可能会造成零部件提前失效。一般可能由以下因素造成机组实际功率曲线与制造商承诺功率曲线不符：

（1）叶片安装角度不正确。

（2）偏航控制的机组对风策略偏差大，亦可能是机组风向仪磨损或松动。

（3）叶片表面严重污染。

（4）叶片表面结冰或覆霜。

（5）特殊地形的影响，湍流强度高。

（6）机组使用的叶片气动参数不符合机组设计要求。

（7）高海拔地区，空气密度低。

（8）机组控制策略调整错误。

（9）风速仪误差过高，或风速信号变换器增益修订误差大。

8.轴承温度偏高（未报警）

在风电机组的主轴轴承、发电机轴承和变速箱轴承均设置了温度传感器，通过这些温度传感器监视轴承运行温度。对于轴承温度长时间偏高，但是未达到报警温度的情况应进行分析，及时发现问题，避免故障扩大。轴承温度偏高的一般由以下原因造成：

（1）轴承本身磨损严重，间隙变大。

（2）轴系统不对中，同心度超差。

（3）轴承润滑不良。

发电机轴承还可能是发电机冷却通风系统不良，或电磁环流问题引起。变速箱轴承还可能是由于齿轮油冷却循环系统故障、变速箱油缺油或大量渗漏等原因造成。

（三）风电机组故障的分析处理

1.风电机组故障分类

通常风电机组故障按照故障发生后机组所处状态和风电机组的结构系统进行分类。

按故障发生后机组所处状态，故障可分为以下三种情况：

（1）自启动故障（可自动复位）。自启动故障定义为当计算机检测发现某一故障后，采取保护措施，机组停机；等待一段时间后，当故障状态消失，或恢复到正常状态，控制系统将自动恢复机组启动运行。

（2）不可自启动故障（需人工复位）。这类故障定义为当故障现象出现后无法自动消除，或故障比较严重，不允许机组自动恢复启动运行。此类故障必须由运行人员到达故障现场，进行人工干预（检查、修理或判断误动作）消除故障后，方可重新启动机组运行。

（3）报警故障。报警故障定义为当系统检测到故障时通过SCADA系统或控制柜中的报警系统进行声光报警，提示运行人员处理，但机组不停机。当出现不可自启动的情况时，系统亦采取声光报警。

按照风电机组的结构系统进行分类，风电机组的故障大致可以分为以下三类：

（1）控制系统故障。这里所指的控制系统主要是变频控制系统和机舱设备控制系统中的传感器、继电器、反馈回路、I/O接口模块、控制器组件以及程序出错等故障。

（2）电气系统故障。指发电机、变频器主回路器件、开关、母线、电动机、互感器、电源变压器、电容器等电气组件故障。电气系统故障是风电场日常运行中出现频率最高的故障类型。

（3）机械系统故障。指机械部件故障，包括叶片、轮毂、主轴、变速箱、液压、偏航、变桨、制动系统的故障。

2.故障原因及分析

在风电机组运行过程中，通过安装在机组不同位置的检测组件，即各类电流、电压、温度、湿度、振动、压力、位移（线性）、风速、风向、转速、编码器、液体流量、偏航、烟雾、限位传感器以及开关、接触器、热继电器的辅助触点对机组运行状态进行检测。机组控制系统对检测反馈的信号进行逻辑判断，确定机组是否处于正常状态，并对于非正常状态定义为故障。风电机组制造厂家在进行控制策略设计时，对不同故障进行了定义，并给定了故障代码。这些定义和代码尽可能地覆盖该机组所有可以检测出的故障情况。IEC有关标准对各类故障的设定有明确要求，可参照应用。通过机组本地控制计算机和风电场的SCADA系统，运行人员可以实时地得到故障信息。这些信息可以帮助运行人员及时掌握机组故障情况并处理故障。

由于国内外机型种类较多，各厂家控制系统有很大差别，故障分类、故障事件、故障代码、代码内容和解释也不相同，不可能全部列出。这里只对各种机组运行故障进行整理，结合典型故障进行示例分析。实际运行时请详细阅读厂家运行维护手册。

（1）判定故障原因的基本步骤。

第一步：根据故障代码和故障信息描述，确定可能的故障范围。

第二步：检查判定该故障涉及检测组件和检测回路是否正常；这需要检查检测器件本身、信号回路、I/O接口及控制器等部件。

第三步：对故障描述的部件或检测组件直接监测的对象进行检查。

第四步：对可能影响到故障描述的部件或对直接监测对象造成影响的关联部件进行检查。(https://www.xing528.com)

（2）确定故障点的基本方法（推荐）。

分析检测法：利用仪器仪表对照图纸进行逐项检测，判断出风电机组故障。

替换排除法：根据对风电机组故障现象的分析及经验判断，利用完好的备品备件替换试验进行故障处理。

一般情况下，可以两种方法同时使用以快速准确地判断故障。

（3）故障举例。

1）偏航系统故障。偏航系统故障一般有偏航电机超温、偏航传感器故障（对风不正确）、偏航反馈回路故障、偏航控制回路故障、偏航电机故障、液压刹车回路压力故障、解缆故障等。

检查的范围包括：检查传感器电源或控制回路电源；检查偏航电机状态和控制回路中各继电器、接触器以及接线状态；偏航机构电气回路；检查偏航传感器凸轮位置、状态及增量编码器的信号工作状态；检查风向标状态及其反馈回路状态；检查偏航反馈回路各模块及接线状态；检查偏航液压回路状态；扭缆传感器工作是否正常等。偏航故障参见表71。

表71　偏航故障示例

注　本表只是部分故障的示例，具体故障应查阅厂家机组运行故障手册。

2）液压系统故障。液压系统故障一般有液压系统压力故障、液压系统温度故障、液压泵打压超时故障、液压系统油位低故障、液压站电机故障、高速刹车压力故障、液压站过滤器阻力增加等故障。

检查范围包括：检查液压系统泄漏情况；检查液压回路中各元件的状态（电磁阀电源、溢流阀的定值、压力传感器状态等）；各压力控制回路中继器、模块及接线状态；液压系统内部泄漏情况；检查高速刹车系统压力继电器、蓄能器压力、减压阀状态以及反馈回路状态；检查温度传感器以及接线状态；检查液压站过滤器清洁状态；检查过滤器反馈回路接线和过滤器状态；检查电机热继电器额定保护值，核实电机相电阻以及是电机供电等。

3）变桨系统故障。液压变桨系统故障一般有变桨位置与真实值偏差、顺桨时变桨角度小、变桨轴承故障、变桨超限位等。

检查范围包括：比例阀等各阀体状态；变桨液压缸状态及螺栓；叶根轴承及变桨传动部件；桨距传感器状态；液压变桨系统电磁阀及回路接线状态。

电动变桨系统故障一般有滑环故障、变桨电池故障、三叶片变桨不同步故障、变桨电机及减速器故障、变桨轴承故障、变桨超限位故障等。

检查范围包括：叶根轴承及变桨传动部件；桨距传感器状态；液压变桨系统电磁阀及回路接线状态；变桨电池状态及回路接线状态；滑环及接线状态；变桨电机状态、减速器状态以及控制回路接线状态。

变桨轴承故障指由于变桨轴承出现问题，导致变桨位置错误，主要原因是安装、制造质量、维护不当等问题造成。

变桨动作通常是在机舱动力电源经滑环传递的电能带动变桨电机实现的。如果滑环故障，无法有效传递电能，变桨电机将在备用电源（电池或其他储能系统）的电能支撑下完成顺桨动作，使机组停机。如果电池故障，在紧急停机情况下将使变桨电机失去电源而无法动作，导致飞车。特别是紧急回路触发时，如果由于备用电源失效，造成机组气动制动系统失效，后果将是灾难性的。

通常变桨系统在低温等恶劣环境中动作，电子回路极易受到影响而导致失灵，另外减速器和伺服电机损坏也是变桨故障的原因之一。损坏原因除制造和部件选择及设计错误外，安装及维护不当也是损坏的重要原因。

滑环是将静止部件中电源或控制通信信号传输到旋转部件中的连接装置。主要由滑轨、碳刷、接线盒等部件组成。其中碳刷是易损件。滑环常出现故障，主要是连接不牢、碳刷磨损过度、轨道损坏以及连线断路等。表72列出的故障实例仅供参考。

表72　风轮故障（含轮毂和变桨距系统）示例

注　本表只是部分故障的示例，具体故障应查阅厂家机组运行故障手册。

4）机械传动系统故障。机械传动系统的故障一般有振动故障、变速箱温度故障、主轴轴承温度故障、变速箱压力故障、变速箱冷却回路故障、变速箱缺油故障、主轴断裂故障、变速箱轴承损坏故障、变速箱齿面点蚀及断齿故障、高速联轴器损坏故障等。

检查机械部件包括：主轴及其螺栓的状态；变速箱轴承状态；变速箱齿面状态；高速联轴器状态：变速箱及其各软硬连接处的连接状态；振动传感器及其反馈回路各模块、接线状态；温度传感器及其回路各模块、接线状态；压力传感器及其回路各模块、接线状态；齿轮箱冷却电机、冷却循环回路和其控制回路各继电器、接触器以及接线状态等。

a.振动故障。检查范围：振动传感器及其反馈回路各模块、接线状态；相关可能导致振动产生原因。

一般振动传感器有两种：一种是机械重锤式；另一种是加速度计式。当风电机组运行中振动超过限定值时，振动传感器发出信号，风电机组安全停机。

风电机组运行中造成机组振动的因素比较多（见表73）。叶尖制动系统或变桨系统失灵会造成风电机组超速，系统机械不平衡均能造成风电机组振动超过限定值。如果发现振动报警，但未停机，且持续报警，应检查加速度计是否损坏；如损坏立即更换。如振动紧急停机，但并非机组振动所致，应检查重锤传感器和加速度计，如有损坏立即更换。

表73　振动故障示例

注　本表只是部分故障的示例，具体故障应查阅厂家机组运行故障手册。

运行人员应检查出引起机组超速或振动的原因并经处理后，才允许重新启动机组。

b.变速箱故障。变速箱是风电机组中故障率较高的主要部件。主要故障有轴承损坏、齿面微点蚀、断齿等（见表74）。损坏原因除设计、制造质量原因外，齿轮油失效、润滑不当等是变速箱故障最常见的原因。轴承损坏常发生在高速轴，一旦轴承破坏，除影响运行外，碎片和粉末会损坏齿轮油，影响齿轮啮合，大的碎片可能会损坏齿面。

表74　齿轮箱故障示例

注　本表只是部分故障的示例，具体故障应查阅厂家机组运行故障手册。

检查范围：变速箱轴承状态；变速箱齿面状态；高速联轴器状态；变速箱润滑油系统（油泵、过滤器、压力传感器、温度传感器、冷却循环回路、冷却电机等）；弹性支撑元件。

5）刹车系统故障。刹车系统是风电机组安全链中的重要执行部件。对于刹车故障（见表7-5）应格外注意，及时处理。

表75　制动系统故障示例

注　本表只是部分故障的示例，具体故障应查阅厂家机组运行故障手册。

6）发电机故障。发电机系统故障一般有发电机转速故障、发电机（轴承、绕组）温度故障、发电机轴承损坏故障、发电机定（转子）绝缘损坏，匝间短路、发电机集电环故障等（见表7-6）。

表76　发电机故障示例

注　本表只是部分故障的示例，具体故障应查阅厂家机组运行故障手册。

检查范围：发电机实际报警时的转速以及传感器的状态，发电机与编码器的连接：叶轮转速传感器状态；变桨调整系统状态；各温度传感器状态及反馈回路各模块、接线状态；发电机轴承状态；集电环及碳刷状态；绕组绝缘状态等。

7）叶片故障。叶片故障有：叶片折断；叶片开裂或出现孔洞；雷击后故障；定桨距机组叶尖损坏，叶尖刹车不回位或叶尖刹车回位过度等故障。

叶片故障如不能修复应进行更换，同时应进一步检查叶片材料是否合格。

确定叶片断裂或开裂的真正原因：叶片是否原来有损伤；检查叶片排水孔是否畅通，叶片内是否有积冰造成叶片开裂；叶片的导电连接是否牢固；防雷系统是否满足技术要求。

检查范围：变桨系统液压回路或电气回路控制是否正常；定桨距叶片还应检查液压缸和钢丝绳、叶尖定位块等有无异常。

8）并网故障。并网方面的故障有：风机不能并网或无法与电网脱开；并网时功率过大或过小；风机有功、无功不匹配；电网电压、电流、频率错误故障；相序错误等。

检查范围：风机定子电压、频率、相位角；检查定子并网接触器辅助触点及定子接线；检查出现故障时的具体数值、测量真实数值及风机相应定值；检查控制系统PLC对有功功率、无功功率的设置；检查主控制器及其接线；检查电缆和电流互感器；检查电网接线等。

9）控制系统故障。控制系统的故障有通信故障、反馈错误、程序出错、时间错误、记录错误、电池故障、控制柜温度故障、传感器故障等（见表77）。

表77　风电机组控制系统故障示例

注　本表只是部分故障的示例，具体故障应查阅厂家机组运行故障手册。

此类故障主要是由于设备过电压、表过电流、元器件质量不合格、接线连接不牢、接插件虚接、环境因素、雷电及其他电磁干扰、软件程序系统出错导致。

检查内容：风机基本参数设置；重启系统自检程序；控制器、数据总线，各光缆或电缆接头状态；光电辅合器状况；控制系统电缆接地状态；检查控制柜的加热系统等。

控制系统主要由计算机、I/O模块、接口板等部件组成。由于这些部件采用通用部件，在恶劣的环境下，如低温、高电压、大电流、电磁干扰等，容易导致通信回路击穿、元器件损坏。常见故障有计算机不启动、自检不通过、信号错误、数据不稳等，主要是控制模板出现问题，应采用仪器进行诊断，用备件进行更换或由厂家远程诊断（见表7-8）。

表78　控制器故障示例

注　本表只是部分故障的示例，具体故障应查阅厂家机组运行故障手册。

10）传感器故障。常见传感器故障有：断线、接线不牢、位置移动、本体损坏和变送器损坏等。

a.风速仪、风向仪传感器故障。风电机组显示输出功率与对应风速有偏差时，检查风速仪、风向仪的传感器有无故障，如有故障则予以排除（见表79）。

表79　传感器故障

注　本表只是部分故障的示例，具体故障应查阅厂家机组运行故障手册。

b.温度传感器故障。风电机组在运行中发电机温度、可控硅温度、控制箱温度、变速箱油温、机械制动刹车片温度超过规定值均会造成自动停机。运行人员应查明设备温度上升原因，如检查冷却系统、刹车片间隙、刹车片温度传感器及变送回路等。应对温度故障进行记录和报告，待故障排除后，才能再启动风电机组。

如果各部位温度测量值过高、过低或总是不变、突变，应检查温度传感器及其变送器有无故障，如有故障立即更换或修理。

c.转速传感器。如果各部位转速测量值过高、过低或总是不变、突变，应检查转速传感器及其变送器有无故障，如有故障则予以排除、更换或修理。如果风轮转速和发电机转速不匹配，应检查转速传感器，同时应检查联轴器是否损坏。

d.液位传感器。一般采用浮漂式传感器，通过浮漂在液体中随液体位置变化，而触发位置开关发出液位高、低位报警。另外是用在定期维护检查中使用的油标尺杆和油位标尺窗，如果液位开关损坏或油标窗堵塞，就会影响对油位的判断，导致油量过少影响设备寿命。如果出现液位报警，应检查液压装置油位或齿轮箱油位是否偏低，并检查液压系统及齿轮箱有无泄漏，如有泄漏应报告厂家，或立即采取措施，并及时加油到正常油面，恢复机组运行。

e.解缆传感器故障。解缆传感器通常由机械和电子编码器两种组成。通过传感器可以通知控制系统电缆已经过度，需要立即解缆动作，解缆设定值由运行者按照厂家要求决定。故障发生将会导致机组电缆损坏，因此应经常检查，发现问题及时处理。常发生齿轮损坏、螺杆或止位挡块损坏、编码器损坏等问题。

f.风电机组电源故障。表710为风电机组电源故障示例。