论文部分内容阅读
摘要：风电电气系统作为风电系统的重要组成部分，同时也是故障发生率较高的部分。为了保障风电系统的正常生产运行，使其能够为经济社会发展提供更加稳定的支持，我们必须对风电电气运行中的各种故障提升重视。本文对风电电气运行中的常见故障及其原因进行了分析，并就如何应对这些故障的措施进行了探讨。
关键词：风电电气系统；常见故障；应对措施
1引言
进入21世纪以来，世界各国都加强了对新能源的开发和利用工作，我国自然也不例外，而在众多新能源当中，风能资源具有独特的特点和巨大的应用优势，因为其纯天然和无污染的特性，使得其受到了全球范围内的重视。我国作为一个风能资源相对丰富的国家，目前也正在加强对风力发电的研究和应用工作，而且取得了一定的成效。
但与此同时我们也要清醒地认识到，风力发电对技术的要求极高，对后期发电厂的运行状态有着非常重要的影响，一旦风电电气系统出现运行故障，那么将给风电的正常生产运行带来严重影响，必须得到充分重视。本文正是基于这一出发点，对风电电气运行中的常见故障及其原因进行了分析，并就如何应对这些故障的措施进行了探讨，目的是希望为风电的正常生产运行提供良好的保障和维护。
2风电电气系统组成
1.发电机
当前我国生产的离网型风力发电机主要采用同步三相永磁交流式发电机，通常采用内转子的运行方式。与其他类型的发电机相比，因为它采用永磁体转子，所以没有励磁电流损耗，因而具有更高的发电效率。同时，因为该发电机具有体积小和制造工艺简单的特性，所以非常便于维护，缺点则是电压调节能力差。
2.控制器
随着风电智能化运行的发展，当前的风电系统一般都会配置控制系统。对于风电电气系统来说，对配套的控制系统具有以下基本要求：第一，整流器件必须具有足够的耐电压、电流的裕度，至少应达到3倍；第二，蓄电池的充放必须满足相关的充、放电技术规范，并且以充电电流为主控元素，以均充电流、浮充电压和充电耗时作为控制条件；第三，逆变电源的供电控制必须满足逆变电源所需的电压和电流容量要求；第四，卸荷分流的控制要考虑避免风机超速加载以及电压调控分流两项要求；第五，系统应能够自动控制风力机的加载和制动；最后，风电电气控制系统应具备安全保护功能。
3.蓄电池组
风力发电是利用风能进行发电，而风能具有随机性和间歇性，进而导致风力发电也具有不稳定性。为了解决这一问题，一般要求配备蓄能装置。当前风力发电系统可采用的蓄能方式较多，但比較主流的方式还是电池蓄能。当外界风力强劲或用电负荷较少时，风电机组的多余发电量可以被存入蓄电池；而当外界风力较弱或用电负荷较大时，蓄电池中的电能就可以实现对风电不足的弥补，进而维持整个风电系统的供电始终处于持续、稳定的状态。
3常见故障及其原因分析
考虑到风电发电的特性，风电机组通常被安装在高山、海滩、草原等风能资源较丰富的地区（如图1所示），但这些地区的自然环境一般都比较极端，风电电气系统长时间遭受无规律的风力作用以及酷暑、严寒等极端自然气候的影响，从而造成其可能故障频发。现实中，常见的风电电气系统故障主要如下。
图1 安装在内蒙古草原上的风电机组
1.齿轮箱故障
风力发电主要是利用风能来推动风轮转动，然后风轮再将动力通过齿轮箱传递给发电机，进而达到利用风力发电的目的。由此可见，齿轮箱在风力发电中的作用重大。而考虑到齿轮箱在工作中会受到静态和动态载荷，所以就可能导致各种类型的故障。现实中，因为齿轮箱的制造精度、安装质量、润滑情况以及操作维护工作等条件存在差异，所以故障的类型和程度也表现出很大的差别。
2.电气系统故障
风电机组所发的电能要向电网进行输送，而这就需要实现风电电气系统与电网之间的连接。而电气系统因部件较多的缘故，所以故障的类型也比较多，主要有短路、过电流、过载、过电压、欠电压、接地以及变频器无法启动等故障。
3.发电机故障
通过实践调查可知，风力发电机中的轴承、定子以及转子是故障高发部件，而定子和转子故障主要包括匝间绕组开路、单个或多个绕组短路、定子绕组连接异常、转子导条和端环断裂、静态或动态气隙偏心等。
4常见故障应对措施
1.采用故障诊断法
现代的电气控制系统广泛采用PLC，而 PLC与控制系统之间的连接必须通过接口和特定的协议实现。其中，有些故障就和接口信息的错误或丢失有关。现实中，厂家一般都会都会提供配套的诊断工具来实现对接口信号的诊断，在诊断的基础，通过对电气控制系统中的PLC和伺服系统的参数进行调整修改，就可以使风机的各项功能达到最优化。
2.滑环碳刷冒火的解决
电气运行班组要定时对滑环、压簧以及碳刷进行检查。对于压簧压力不均等的、碳刷长度不够的都应及时进行更换，并且在更换后、使用前再次进行测试。
3.电气设备导线故障的处理
在对设备和线路进行布置时，要避免导线损坏，并做好对导线的各项防护工作，避免工作环境和突然停电等事故对导线工作性能的影响。同时，要实现电源间的自动切换，防止导线短路。最后，导线要配置合适的信号和保护装置，以实现在导线超负荷工作时，可以及时切断线路。
5结束语
风电电气系统作为风电系统的重要组成部分，同时也是故障发生率较高的部分。为了保障风电系统的正常生产运行，使其能够为经济社会发展提供更加稳定的支持，我们必须对风电电气运行中的各种故障提升重视，通过正确应对来保障整个风电系统的持续稳定供电。
参考文献：
[1] 张坤，郭启禄.风力发电厂电气设备安全运行的管理和维护[J].科技、经济、市场，2015，（1）：128
[2] 颜冬兰.发电厂电气设备运行中常见故障及应对措施[J].江西建材，2015， 13（6）：200-201
[3] 魏书荣，何之倬，符杨，等.海上风电机组故障容错运行研究现状分析[J].电力系统保护与控制，2016，44（9）：145-154
[4] 姜霞.基于Matlab的双馈感应风电机组故障运行特性分析[J].电气技术，2012， （6）：45-47
作者简介：
杨国鸿（1971-），男，汉族，本科，工程师，宁夏银川市人，工作单位：中铝宁夏能源集团有限公司，主要研究安全工程。
关键词：风电电气系统；常见故障；应对措施
1引言
进入21世纪以来，世界各国都加强了对新能源的开发和利用工作，我国自然也不例外，而在众多新能源当中，风能资源具有独特的特点和巨大的应用优势，因为其纯天然和无污染的特性，使得其受到了全球范围内的重视。我国作为一个风能资源相对丰富的国家，目前也正在加强对风力发电的研究和应用工作，而且取得了一定的成效。
但与此同时我们也要清醒地认识到，风力发电对技术的要求极高，对后期发电厂的运行状态有着非常重要的影响，一旦风电电气系统出现运行故障，那么将给风电的正常生产运行带来严重影响，必须得到充分重视。本文正是基于这一出发点，对风电电气运行中的常见故障及其原因进行了分析，并就如何应对这些故障的措施进行了探讨，目的是希望为风电的正常生产运行提供良好的保障和维护。
2风电电气系统组成
1.发电机
当前我国生产的离网型风力发电机主要采用同步三相永磁交流式发电机，通常采用内转子的运行方式。与其他类型的发电机相比，因为它采用永磁体转子，所以没有励磁电流损耗，因而具有更高的发电效率。同时，因为该发电机具有体积小和制造工艺简单的特性，所以非常便于维护，缺点则是电压调节能力差。
2.控制器
随着风电智能化运行的发展，当前的风电系统一般都会配置控制系统。对于风电电气系统来说，对配套的控制系统具有以下基本要求：第一，整流器件必须具有足够的耐电压、电流的裕度，至少应达到3倍；第二，蓄电池的充放必须满足相关的充、放电技术规范，并且以充电电流为主控元素，以均充电流、浮充电压和充电耗时作为控制条件；第三，逆变电源的供电控制必须满足逆变电源所需的电压和电流容量要求；第四，卸荷分流的控制要考虑避免风机超速加载以及电压调控分流两项要求；第五，系统应能够自动控制风力机的加载和制动；最后，风电电气控制系统应具备安全保护功能。
3.蓄电池组
风力发电是利用风能进行发电，而风能具有随机性和间歇性，进而导致风力发电也具有不稳定性。为了解决这一问题，一般要求配备蓄能装置。当前风力发电系统可采用的蓄能方式较多，但比較主流的方式还是电池蓄能。当外界风力强劲或用电负荷较少时，风电机组的多余发电量可以被存入蓄电池；而当外界风力较弱或用电负荷较大时，蓄电池中的电能就可以实现对风电不足的弥补，进而维持整个风电系统的供电始终处于持续、稳定的状态。
3常见故障及其原因分析
考虑到风电发电的特性，风电机组通常被安装在高山、海滩、草原等风能资源较丰富的地区（如图1所示），但这些地区的自然环境一般都比较极端，风电电气系统长时间遭受无规律的风力作用以及酷暑、严寒等极端自然气候的影响，从而造成其可能故障频发。现实中，常见的风电电气系统故障主要如下。
图1 安装在内蒙古草原上的风电机组
1.齿轮箱故障
风力发电主要是利用风能来推动风轮转动，然后风轮再将动力通过齿轮箱传递给发电机，进而达到利用风力发电的目的。由此可见，齿轮箱在风力发电中的作用重大。而考虑到齿轮箱在工作中会受到静态和动态载荷，所以就可能导致各种类型的故障。现实中，因为齿轮箱的制造精度、安装质量、润滑情况以及操作维护工作等条件存在差异，所以故障的类型和程度也表现出很大的差别。
2.电气系统故障
风电机组所发的电能要向电网进行输送，而这就需要实现风电电气系统与电网之间的连接。而电气系统因部件较多的缘故，所以故障的类型也比较多，主要有短路、过电流、过载、过电压、欠电压、接地以及变频器无法启动等故障。
3.发电机故障
通过实践调查可知，风力发电机中的轴承、定子以及转子是故障高发部件，而定子和转子故障主要包括匝间绕组开路、单个或多个绕组短路、定子绕组连接异常、转子导条和端环断裂、静态或动态气隙偏心等。
4常见故障应对措施
1.采用故障诊断法
现代的电气控制系统广泛采用PLC，而 PLC与控制系统之间的连接必须通过接口和特定的协议实现。其中，有些故障就和接口信息的错误或丢失有关。现实中，厂家一般都会都会提供配套的诊断工具来实现对接口信号的诊断，在诊断的基础，通过对电气控制系统中的PLC和伺服系统的参数进行调整修改，就可以使风机的各项功能达到最优化。
2.滑环碳刷冒火的解决
电气运行班组要定时对滑环、压簧以及碳刷进行检查。对于压簧压力不均等的、碳刷长度不够的都应及时进行更换，并且在更换后、使用前再次进行测试。
3.电气设备导线故障的处理
在对设备和线路进行布置时，要避免导线损坏，并做好对导线的各项防护工作，避免工作环境和突然停电等事故对导线工作性能的影响。同时，要实现电源间的自动切换，防止导线短路。最后，导线要配置合适的信号和保护装置，以实现在导线超负荷工作时，可以及时切断线路。
5结束语
风电电气系统作为风电系统的重要组成部分，同时也是故障发生率较高的部分。为了保障风电系统的正常生产运行，使其能够为经济社会发展提供更加稳定的支持，我们必须对风电电气运行中的各种故障提升重视，通过正确应对来保障整个风电系统的持续稳定供电。
参考文献：
[1] 张坤，郭启禄.风力发电厂电气设备安全运行的管理和维护[J].科技、经济、市场，2015，（1）：128
[2] 颜冬兰.发电厂电气设备运行中常见故障及应对措施[J].江西建材，2015， 13（6）：200-201
[3] 魏书荣，何之倬，符杨，等.海上风电机组故障容错运行研究现状分析[J].电力系统保护与控制，2016，44（9）：145-154
[4] 姜霞.基于Matlab的双馈感应风电机组故障运行特性分析[J].电气技术，2012， （6）：45-47
作者简介：
杨国鸿（1971-），男，汉族，本科，工程师，宁夏银川市人，工作单位：中铝宁夏能源集团有限公司，主要研究安全工程。