分析风力发电机组故障机理

有关人员对风力发电机组重要部位的故障发生率进行了统计，其结果为：电控系统13%；齿轮箱12%；偏航系统8%；发电机5%；驱动系统5%；并网部分5%。下面对风力发电机组的齿轮箱、发电机和变频器部分可能发生的故障及其产生机理进行分析。

1.风力发电机组的齿轮箱故障产生机理分析

风力发电机组的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。以新疆地区为例，由于新疆的地理环境特殊，气流受地形影响而发生变化，在风轮上除水平气流外还有径向气流分量，气流的阵风影响使风力发电机组机械传动部分经常出现负荷过大的情况，由于气流的不稳定性，导致齿轮箱长期处于复杂的交变载荷下工作，使得齿轮箱易于发生故障；另外，新疆冬季气温较低，长时间在低温下运行，齿轮箱容易损坏，而且由于油温过低会导致齿轮或轴承短时缺乏润滑而损坏。齿轮箱故障主要表现为齿轮损伤、轴承损坏、断轴、渗漏油、油温高等故障。阵风以及电网故障引起的电机过速会引起冲击超载，也会引起轮齿折断；在过高的交变应力重复作用下，轮齿会发生疲劳折断；润滑条件不好也会引起故障；轴承是齿轮箱中最为重要的零件，在过载或交变应力的作用下，超出了材料的疲劳极限时会发生断轴；当工作条件没有变，而温度突然上升时，通常会使轴承损坏。齿轮箱油温高，还可能是由于风力发电机组长时间输出功率过高或风力发电机组本身散热系统工作不正常等因素造成的。新疆冬季的低温气候会使齿轮油变得很稠，部件不能得到充分润滑，从而导致齿轮缺乏润滑而损害。新疆夏季气温较高，而且齿轮箱本身承担动力传递，所以会产生很多热量，这会导致油在高温下分解，黏度降低，可能造成齿面润滑不良并导致齿面局部过热而引起胶合（胶合是相啮合齿面在啮合处的边界膜受到破坏，导致接触齿面金属融焊而撕落齿面上金属的现象）等故障。(www.xing528.com)

2.风力发电机组的变频器故障产生机理分析

风力发电机组的变频器故障主要有变频器误动作、过电压、过电流、过热、欠电压等。变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，对中间直流回路滤波电容器寿命有直接影响。冲击过电压，如雷电引起的过电压是引起变频器过电压的原因。对于变速风力发电机组，无论是双馈风力发电机组还是直驱永磁风力发电机组，目前基本都是采用交—直—交变频器，风力发电机组并网后也会受到来自电网大干扰冲击引起的过电流和直流环节过电压的影响，在电网故障时，如果没有对风力发电机组采取保护措施并且没有及时脱网，就很容易损坏变频器。向变频器中间直流回路回馈能量时，短时间内能量的集中回馈可能会使中间直流回路及其能量处理单元的承受能力超限而引发过电压故障。目前，风力发电机中电力电子开关大量使用了绝缘栅双极晶体管（IGBT），当其两端电压超过最大集—射极间电压、电流超过了最大集电极电流、运行功率超过了在正常工作温度下允许的最大耗散功率（最大集电极功耗）时，都有可能导致开关管超过耐受极限而击穿或烧毁。