风电场机组长期运行可能导致电缆绞缆问题

（一）风电机组的启动与并网

1.自动启动与并网

当风电机组加电之后，控制系统自检，然后再判断机组各部位状态是否正常（如果一切正常，机组就可以启动运行），在风电机组正常运行之前有如下的状态：

（1）启动状态。刹车打开，风电机组处于允许运行发电状态，发电机可以并网（变桨距处于最佳桨距角），自动偏航投入，冷却系统、液压系统自动运行（此时叶片处于自由旋转状态，如果风速较低不足以使风电机启动到发电，风电机组将一直保持自由空转状态），如果风速超过切入（并网发电）风速，风电机组将在风的作用下逐渐加速达到同步转速，在软并网的控制下，风电机组平稳地并入电网，运行发电；如果较长时间风电机组负功率，控制器将操作使发电机与电网解列。

（2）暂停（手动）状态。这种状态是使风电机组处于一种非自动状态的模式，主要用于对风电机组实施手动操作或进行试验，也可以手动操作机组启动（如电动方式启动），常用于维护检修时。

（3）停机状态。也称正常停机状态或手动停机状态，此时发电机已解列，偏航系统不再动作，刹车仍保持打开状态（变桨距顺桨），液压压力正常。

（4）紧急停机状态。安全链动作或人工按动紧急停机按钮，所有操作都不再起作用，直至将紧急停机按钮复位。

2.电动启动并网

电动启动并网是指机组从电网吸收电能将异步发电机作为电动机模式启动，当达到同步转速后由电动机状态变成发电机状态。实际运行中，当发电机变极时，发电机将解列并加速（作为电动状态）达到高转速时再并网。

（二）风电机组的运行

1.功率调节

风电机组在达到运行的条件时，并入电网运行，随着风速的增加和降低，发电功率发生变化；机组所有状态都被控制系统监视着，一旦某个状况超过计算机程序中的预先设定值，机组将停止运行或紧急停机。机组的运行过程为：达到启动风速开始启动，达到切入风速并网；达到额定功率时将进行调节（如失速方式或变桨距方法），当达到停机（切出）风速时，机组将停止运行，直到风速回到停机风速以下，机组再恢复运行。无论是变桨距还是失速功率都是通过叶片上升阻力的变化，以达到发电输出功率稳定而不超过设定功率的目的，从而保证机组不受损害，机组不应长期在超功率下运行。

2.对风和解缆

风电机组中上风向机组多数是主动对风偏航的。当风向与机舱之间的夹角超过10°，机组将控制偏航系统动作，偏航刹车解开，然后对风，对风正确后，再将刹车闭合。由于风电机组长期运行，有可能向一个方向对风次数较多，造成下落电缆绞缆。为保证电缆安全，安装在电缆上的绞缆传感器将动作，使机舱反方向转动解缆。

（三）风电机组的故障

1.故障统计

目前我国各风电场中安装的风电机组的类型较多，主要有Vestas、NEG/Micon、Nordex、Bouus、Tacke、Jacobs、Zond等厂家的产品。机组单机容量从55kW到1300kW不等。各厂家采用部件不尽相同，无论是机械还是电控方面的部件相差很大。几乎所有部件都有发生故障的可能性，表7-1-1是世界上部分风电机组故障分类统计。丹麦、德国、美国等都对故障做了详细的统计。在故障统计上，应在两个层面上分析：一是故障停机时间（部件）占总的故障停机时间（部件）的比例；二是造成的直接、间接费用损失占整个故障损失费用的比例。通过对故障的统计，可以帮助人们了解哪些部件出现故障的几率高，以便采取必要的措施。应分析故障发生的确切原因，然后加以改进以避免故障的重复发生。尤其是叶片、齿轮箱、发电机等几个大型部件，应从被动失效分析判断，变成主动失效分析，也就是应定期对各部件及整个机组的状态进行预期失效分析，比如对齿轮箱啮合情况的测试，检查各轴承部位的运转状态、润滑油脂的好坏等。对机组振动进行频谱分析，可提早和及时发现潜在的隐患，适时安排和指导检修，减少停机损失。

表7-1-1　风力发电机组故障分类统计一览表

续表

续表

2.故障分类

（1）按主要结构来分类。

1）电控类。电控类指的是电控系统出现的故障，主要指传感器、继电器、断路器、电源、控制回路等。

2）机械类。机械类指的是机械传动系统、发电机、叶片等出现的故障，如机组振动、液压、偏航、主轴、刹车等故障。

3）通信远传系统。指的是从机组控制系统到主控室之间的通信数据传输和主控制室中远方监视系统所出现的故障。

（2）从故障产生后所处状态来分类。

1）自启动故障。可自动复位。自启动故障指的是当计算机检测发现某一故障后，采取保护措施，等待一段时间后故障状态消除或恢复正常状态，控制系统将自动恢复启动运行。

2）不可自启动故障。需人工复位。不可自启动故障是当故障出现后，故障无法自动消除或故障比较严重，必须等运行人员到达现场进行检修的故障。

3）报警故障。实际上报警故障应归纳到不可自启动故障中，这种故障表明机组出现比较严重故障，通过远控系统或控制柜中的报警系统进行声光报警，提示运行人员迅速处理。

故障信息应便于运行人员理解和查找，并指导运行人员进行故障处理，如哪些故障运行人员可以自选处理、哪些故障应通知厂家或请求其他技术人员帮助处理等。因此故障表应包括故障编号、故障名称、故障原因（源）、故障状态（如刹车、报警、90°偏航、能否自复位、故障时间等）。目前国际上各风电机组厂家所使用的控制系统不同，故障类型也各不相同，这里根据各厂家的故障表将各类风电机组出现的主要故障按前面的分类列出，包括故障可能出现的原因和应检查的部位，供运行人员参考（表7-1-1）。

（四）风电场运行记录

1.日常运行日志

每个风电场都必须建立日常运行日志。日志中应详细记录每日发电量、风速、天气变化、抄表记录结果以及出现故障的情况、时间等。

2.故障记录

每台风电机组都必须设置故障记录表，每当发生故障时，特别是发生不可自动复位故障时，应详细记录故障类型、当时机组状态、外界条件（如风速大小、天气、机组本身有无异常）、运行人员进行哪些处理、结果如何等，以备后查。

（五）维护与检修

1.正常维修（日常性维护）

正常维修是指风电场运行人员平时（每日）应进行的检查、调整、注油、清理以及临时发生故障的检查、分析和处理。

2.定期检修

通常定期检修按厂家规定进行，但一般对如下部件的状态进行检查：叶片、齿轮箱、发电机、塔架、刹车系统、偏航系统、传感器、主轴、各部位螺栓、控制系统等部件。(www.xing528.com)

除状态检查外应进行有关功能试验，包括超速、叶片顺桨、正常和紧急停机试验等。

检修中的测量包括刹车间隙、螺栓预紧力、接地电阻、计量系统的标定、油品取样化验以及发电机的部位的绝缘测量等。

风电机组各部件（位）定期检查内容见表7-1-2。

定期检修还应包括对整个机组的清理，如漏油的清理、灰尘清理、滤清器清理等。

表7-1-2　风电机组各部件（位）定期检查内容一览表

续表

续表

续表

（六）风力发电机组的磨损及润滑

1.风力发电机组的磨损

从风电机组目前发生的故障来看，齿轮箱、发电机、偏航等部位的齿轮、轴承部件的损坏主要有黏附磨损、表面疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损和空蚀几种情况的磨损。使用润滑油脂的作用就是要降低摩擦，减少磨损以及防止腐蚀和空蚀。

（1）黏附磨损。指的是接触表面相对运动时，两个相对运动表面发生局部黏连（主要现象是表面划伤、烧合、咬死），在齿轮表面或轴承中常发生这种磨损现象。

（2）表面疲劳磨损。指两个滑动和滚动摩擦表面在交变的应力作用下，表层材料出现疲劳，然后出现微观裂缝，直至分离出碎片剥落或出现点蚀、麻点、凹坑等。常出现在齿轮表面和轴承中。

（3）腐蚀磨损。指的是金属表面在摩擦过程中，与周围介质在化学与电化学反应作用下产生的磨损，原因是润滑油、脂失效。如氧化、水化等。

（4）微动磨损。指的是在微小振幅重复摆动作用下，在两个接触表面产生的磨损。它的现象如同黏附和腐蚀磨损等共同磨损的结果。

（5）空蚀。指固体与液体相对运动时，由于液体中系统在固体表面附近破裂时产生的局部高冲击压力或局部高温引起的磨损，尤其齿轮箱中常出现这类问题。

2.润滑油的选择

风电机组中主要采用合成油和矿物油，合成润滑油包括多种不同类型、不同化学结构和不同性能的化合物，多使用在比较苛刻的环境工况下，如重载、高温、低温以及有高腐蚀性的环境下，因此，在风电机组中最为常用。

为了使风电机组保持正常的运转，减少磨损延长寿命，提高经济效益，必须在选择和添加齿轮油时注意齿轮油如下的情况：

（1）合适的黏度。特别是在北方地区，这样才能保证齿轮油在弹性流体动压润滑状态下，形成足够的油膜，在冬季低温及大负荷下有足够的承载能力，降低齿面磨损。

（2）良好的抗压抗磨性。这一特性尤其针对重载下工作的齿轮，避免产生点蚀和磨损。

（3）良好的抗氧化稳定性。这一特性是为避免齿轮箱油在高温下的失效而生产损坏。

（4）良好的抗剪切安全性。

（5）良好的抗泡沫性。

（6）良好的防锈性。

（7）良好的抗乳化性。

3.润滑脂的选择

润滑脂主要用于风电机组中轴承和偏航齿轮上，它除了有抗摩擦、减磨和润滑作用外，还起着密封、减振、阻尼、防锈等作用，在风电机组维护工作中占有很重要的位置。

润滑脂分为钙基（Ca）润滑脂、钠基（Na）润滑脂和锂基（Li）润滑脂。由于锂基润滑脂具有钙基润滑脂和钠基润滑脂的相似优点，而没有它们的缺点，即可使用在高温下，又可使用在潮湿的环境，因此风电机组中锂基润滑脂使用较多。在进口的润滑脂上，常标有NLGI的字样，指的是润滑脂的稠度，等级从NLGI0-6，数值越小，润滑脂越软。

在一般风电机组中，滚动轴承采用NLGI2或NLGI3等。有些标号如LT、MT和HT分别指的是工作温度的低、中、高。还有一种称为EP的润滑脂（耐挤压）或EM耐挤压添加二硫化钼，具有不同的添加剂以加强膜的强度。

4.润滑油、润滑脂使用注意事项

在风电机组定期检修时，必须检测齿轮油的性能如何，齿轮油是否失效，检查齿轮油油位，齿轮油样应送到专业厂家进行化验。检测其成分状态，如果需要更换其他品牌的齿轮油，应按照上述选择齿轮油的原则进行考虑，并得到厂家或专业部门的认可方可更换。应经常检查齿轮油滤芯，并根据情况进行清洗或及时更换。

风电机组中常常发生的轴承损坏，从润滑角度看，有以下几个主要原因：

（1）润滑脂或润滑油失效，原因是使用时间超长。

（2）不同型式不相容润滑脂或润滑油混用或选用错误。

（3）润滑脂过分搅拌或油位太高，过分搅拌产生高温或漏油。

（4）润滑不足。

（5）轴承的安装、定位，调整（间隙等）不合适。

因此在风电机组定期检修时，应注意定期加强新润滑脂的加入，并挤出旧的脏的润滑脂，保持轴承内部润滑脂的清洁。应注意正确的充填量，速度高、振动大的轴承滑脂不能加得太多（60%左右）；应注意不同基油和稠度的润滑脂不得混用，否则会降低稠度和润滑效果。应注意轴承的工作状态，如是否有振动、噪声等异常，有条件时应检测它的振动和频谱，判断轴承是否已经失效。经常检查轴承密封状况，防止灰尘等杂物进入轴承。