风力发电机组整机可靠性优化探讨

1.保护系统

保护系统可以分为机械、电气和气动保护系统。当控制系统失效或者其他失效事件发生时，保护系统被激活，此时风力发电机组已经不在正常的运行范围内了，保护系统将把风力发电机组带回到安全条件并维持在这样的条件内。一般要求保护系统有能力把转子从任何一个运行状态带回到停机或空转状态。

为了确保在有人身安全危险时能够立即将机器停下来，在所有工作位置都必须有紧急制动按钮，它高于功能控制系统和其他保护系统。

保护系统的可靠性可以通过下述方法来保证：整个保护系统是失效安全设计；不能设计成失效安全模式的部件必须是冗余设计；经常检查保护系统的功能，用风险评估决定检查的间隔。

失效安全是设计原则，它通过对结构的冗余或充裕设计，确保在结构失效或电源失效的情况下，风力发电机组能够保持在无风险的状态。

2.制动系统

制动系统是保护系统的执行部分，制动系统包括机械制动、气动制动和发电机制动。

气动制动系统通常包括叶尖的转动部分或者通常看到的主动失速和变桨距控制风力发电机组，使整个叶片沿展向轴转动90°，从而导致气动力矩和转子力矩相互抵消。此外，副翼和降落伞也被用作气动制动。(www.xing528.com)

制动系统的可靠性对于确保系统达到它的目的是极其重要的，基于此，对不同制动之间、不同制动零件之间的关联性应该十分清楚。比如，如果三个叶片都装有叶尖制动，可以预见三个叶尖制动之间有一定的关联，这些制动都具有共同的失效原因，这会影响三个叶尖制动系统抗失效的整体可靠性。

制动及其制动零件必须抗磨损，因此要求进行适时监测和维护。

3.在线监测和故障诊断

在线监测系统是因大型机组发展起来的一门新兴交叉性技术，这缘于近代机械工业向机电一体化方向发展，机械设备高度的自动化、智能化、大型化和复杂化。在许多情况下，都需要确保工作过程的安全运行和高可靠性，因此对其工作状态的监视日显重要。随着大型风力发电机组单机容量的迅猛增加，风力发电机组的机械结构也日趋复杂，不同部件之间的相互联系、耦合也更加紧密。一个部件出现故障，将可能引起整个发电过程中断。在这种环境下，在线监测在风力发电行业得到了飞速的发展。国外在线监测技术发展得比较成熟，有专门用于风力发电机组的监测设备。在监测服务方面，有专门的风力发电机组监测服务公司。

大型风力发电机组的故障主要集中在齿轮箱、发电机、低速轴、高速轴、叶片、电气系统、偏航系统、控制系统等关键部件。这些关键部件若发生故障将造成风力发电机组停机。由于风电场多建于远离城市的偏远地区或近海区域，交通不便，再加上风力发电机组处于空中，故对风力发电机组的维护非常困难；若需吊至地面做故障诊断、维修或更换，则需花费更多的人力和物力。迫于不断降低风力发电机组运行和维护成本的需求，基于在线状态监测系统维修方案的应用越来越广泛。常规的风力发电机组状态监测系统可在风力发电机组运行过程中实时监控各关键部件的运行状态，根据监测数据和状态类型，及时诊断部件存在的问题和隐患，检测非正常工作的零件或分析出现早期故障症状的零件，进而预测将来何时会出现何种故障；根据诊断结果及时采取处理措施，防止造成严重损失，提高风力发电机组运行的可靠性、使用效率和使用寿命。

在风力发电机组的实际状态监测过程中，齿轮箱、轴系、发电机、叶片、电气系统、控制系统、偏航系统和变桨距系统是重点关注的对象。