故障處理過程及分析
在輪轂用變槳操縱板轉(zhuǎn)動葉片，故障面葉片從92°～0°調(diào)槳，葉片運動較為平穩(wěn);從0°～92°，葉片采用快速電池收槳該面葉片振動明顯。
為進一步收集故障現(xiàn)象，機組在故障風速段并網(wǎng)運行，同時，通過機艙人機界面觀察變槳電機的溫升狀況，故障面的變槳電機溫度快速升至90℃以上，迅速超過變槳電機風扇啟動溫度。然而，進輪轂發(fā)現(xiàn)，變槳電機風扇并沒有啟動。再檢查變槳電機插頭端子的風扇供電，正常。再給故障面的變槳電機風扇外加230V電源，風扇也正常。該變槳系統(tǒng)的變槳電機風扇啟動開關設在變槳電機內(nèi)。如變槳電機風扇的啟動開關損壞，則需更換變槳電機。
因懷疑變槳電機風扇啟動開關有問題，于是更換變槳電機。然而，更換變槳電機后，在8～12米/秒風速段運行，該面的變槳電機溫度迅速超過140℃。再追溯以前的維修記錄，此前，該面葉片曾因此兩次更換變槳電機。這就是說，已三次更換變槳電機，均宣布無效。
給故障面的變槳軸承手動注油以后，機組在故障風速段并網(wǎng)運行，雖然故障面仍比其他兩面的變槳電機溫度高，溫度時常在110～130℃左右，但變槳電機溫度能穩(wěn)定在140℃以下，暫時不會報“變槳電機溫度高”停機。
綜合幾方面分析：故障面葉片快速電池順槳時，有異常振動;三次更換變槳電機無效;給故障面的變槳軸承手動注油后，變槳電機溫度高的問題有明顯改善。可以確定“變槳電機溫度高”停機，應當由變槳軸承損壞造成，而與變槳電機風扇啟動無關。要徹底解決“變槳電機溫度高”問題，需要更換變槳軸承。
該故障的信息收集與故障分析的難點：故障機組早在2009年就開始投運，運行時間已超過11年。由于各種原因，三面變槳軸承均有不同程度的損傷，均存在變槳電機電流偏大、溫度偏高的問題，不能僅通過變槳電機電流的比較發(fā)現(xiàn)問題。加之，機組故障停機時，風速較大，氣溫很低，變槳電機很容易降溫和散熱;噪音大，很難通過聲音判斷變槳電機風扇是否啟動;在操縱葉片、收集故障信息時，沒有筆記本電腦;配合處理故障的人員不足。
故障處理的啟示與心得
1、準確地收集故障信息是正確判斷機組故障的前提。
第一，收集的故障信息不準確造成故障分析、判斷的偏差，備件和發(fā)電量的損失。
維修人員在收集故障信息時，觀察變槳電機的溫度值與進輪轂觀察變槳電機風扇是否啟動之間存在時間差。在集控室，或機艙看到變槳電機溫度很高，而每次進輪轂觀察到的現(xiàn)象是變槳電機風扇沒有啟動。從而造成了誤判，并錯誤地多次更換變槳電機，這大大地增加了處理故障的時間。
該機組報故障是冬天、大風季節(jié)，在機艙里觀察變槳電機溫度時，不能通過聲音判斷輪轂里的變槳電機風扇是否啟動;該變槳系統(tǒng)的變槳控制器上沒有設計顯示界面，不便于在輪轂里查看變槳電機溫度，通常是在機艙或集控室察看變槳電機的溫升狀況。在風大期，鎖輪轂難度大，在機艙里察看了變槳電機溫度后，然后再進輪轂觀察變槳電機風扇是否啟動，這之間的時間差會進一步增大。
另一方面，實際情況是變槳電機風扇的啟動、工作均正常，在機組停機后，變槳電機溫度迅速下降。再者，外界氣溫較低，加劇了變槳電機散熱和傳熱，進一步加速了變槳電機溫度的降低。當維修人員進輪轂，變槳電機溫度已降到較低的溫度，變槳電機風扇的啟動開關自動斷開。因此，每次看到的現(xiàn)象都是變槳電機風扇沒有工作，從而產(chǎn)生誤判。這使得機組的停機時間大大增加。
及時、準確地收集信息是正確判斷故障的前提。如果察看變槳電機溫度與觀察變槳電機風扇啟動是同時進行，那么，維修人員就能觀察到變槳電機風扇啟動的真實情況，也就不會產(chǎn)生誤判。
第二，沒能借助變槳調(diào)試軟件操縱葉片和收集信息，致使收集的信息出現(xiàn)錯誤。
如果現(xiàn)場人員操縱葉片，不是采用變槳操縱板，而是運用筆記本電腦。一方面，在輪轂使用變槳調(diào)試軟件操縱葉片不間斷地轉(zhuǎn)動，變槳電機溫度不斷上升。另一方面，通過變槳調(diào)試界面仔細地觀察故障面變槳電機的溫升狀況。當變槳電機溫度升至變槳電機風扇啟動溫度以上時，自然就能觀察變槳電機風扇啟動的真實情況。這樣就能極其便捷地知道，故障并非是變槳電機風扇啟動所致。
現(xiàn)場維修人員不能借助調(diào)試軟件檢查機組及部件故障，會使收集信息不準確，判斷故障困難，甚至產(chǎn)生誤判。從而大大增加了機組的維修時間。有的風電場沒有給現(xiàn)場人員配備足夠的筆記本電腦，大大降低了收集故障信息的準確性和便捷性。
有不少主控、整機廠家沒有從現(xiàn)場運維的角度去考慮機組主控的軟硬件設計，以及設計出與之配套專門用于現(xiàn)場維修的主控軟件。給準確收集機組信息，現(xiàn)場維修、維護帶來了極大的不便。有的機組甚至把機組絕大部分的基本信息均儲存在后臺，而不是主控。這不僅使給現(xiàn)場機組維修收集故障信息帶來不便，而且，還可能因數(shù)據(jù)包丟失或環(huán)網(wǎng)通訊中斷，造成機組基本數(shù)據(jù)的丟失。設計者更沒有考慮提供專門用于機組維修、維護的主控軟件。這無疑給現(xiàn)場準確收集信息增加了障礙，帶來了困難。
2、不適當?shù)墓β士刂品绞健㈠e誤的超速參數(shù)設置縮短了變槳軸承使用壽命。
當機組報“變槳電機溫度高”停機時，還有一個極其重要的現(xiàn)象，風速通常是在8～12米/秒。這就是說，機組在8米/秒風速以下，或12米/秒以上運行時，機組很少，或不會報此故障停機。
究其原因如下：
第一，機組并網(wǎng)后的葉片運動方式?jīng)Q定了變槳軸承在某個位置損傷以后，不能通過適當措施使故障位置有所偏移。
在通常情況下，機組并網(wǎng)后，葉片度數(shù)固定在最大迎風面位置不變，或只在很小范圍內(nèi)做進槳、順槳的往復運動，而不會做整圈運動。葉片的某個度數(shù)與變槳軸承的內(nèi)圈、外圈以及變槳軸承齒圈之間的相對位置始終是固定不變的。如因機組葉片在0°～8°之間的區(qū)間范圍內(nèi)頻繁變槳，造成了變槳軸承的嚴重磨損，并出現(xiàn)“變槳電機溫度高”問題，則不能通過適當?shù)姆绞绞棺儤S承的故障位置有所偏移，解決0°～8°區(qū)間范圍內(nèi)的變槳軸承損傷問題。
這就是說，在某個度數(shù)范圍，如因頻繁變槳造成了變槳軸承的內(nèi)外圈之間或變槳軸承齒圈嚴重磨損，造成了變槳電機嚴重過流、異響等問題，則只有更換變槳軸承，才能使問題得到根本解決。
第二，不適當功率控制方式使變槳軸承使用壽命縮短。
該82型故障機組同步轉(zhuǎn)速為1500rpm，并網(wǎng)運行范圍1000～2000rpm。采用的功率控制方式：首先，嚴格按照葉片設計的葉尖最佳速比控制葉輪轉(zhuǎn)速，風速大小決定葉輪轉(zhuǎn)速的高低。其次，再根據(jù)風能大小確定給定扭矩。因此，隨著風速的增加，葉輪轉(zhuǎn)速迅速增加，當增加到額定轉(zhuǎn)速以后，風速再繼續(xù)增加，功率控制的目標轉(zhuǎn)速將不再變化。其后，隨著風速的增加，只能增加給定扭矩。
這種功率控制方式，隨風速的增加，轉(zhuǎn)速上升得很快。在8米/秒風速左右就達到了額定轉(zhuǎn)速1800rpm，距機組的最大運行轉(zhuǎn)速2000rpm，僅有200rpm，此時，機組功率還遠未達到額定功率1.5MW。如遇極端陣風，就必須順槳。在陣風過后，又需再次進槳。在8～12米/秒風速段，順槳、進槳頻繁，從而不可避免地造成變槳軸承使用壽命的縮短。
另一方面，超過8米/秒風速，轉(zhuǎn)速已升至1800rpm，受轉(zhuǎn)速裕度的限制，不能充分利用葉輪進行儲能，吸收陣風帶來的風能。在機組還未達到1.5MW滿負荷發(fā)電時，完全可以通過適當功率控制方式使之不變槳。不僅可以增加發(fā)電量、延長變槳軸承壽命，而且，還能延長變槳系統(tǒng)休眠期，減少變槳系統(tǒng)故障機率和備件用量。
風速在8米/秒以下，葉輪轉(zhuǎn)速較低，轉(zhuǎn)速裕度大，陣風來臨通常也不會變槳。變槳電機不工作，自然不會出現(xiàn)“變槳電機溫度高”的問題;當風速在12米/秒以上，雖然機組不停地調(diào)槳，但葉片在這些位置上運動較少，變槳軸承磨損小，因此，也不會報“變槳電機溫度高”停機。
以上分析可知，在8～12米/秒風速段，機組報“變槳電機溫度高”停機，這與采取的功率控制方式有著必然的聯(lián)系。
第三，該機型錯誤的超速參數(shù)設置加劇了槳軸承壽命損壞。
該機型因執(zhí)行錯誤的超速參數(shù)，必然會導致機組報超速停機。當機組轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速1800rpm以后，遇到極端陣風會觸發(fā)超速停機。為處理該機型的超速停機問題，只能通過修改變槳控制參數(shù)等盡可能地把機組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1800rpm左右，又進一步使機組的變槳次數(shù)增加。并且，該機型執(zhí)行錯誤的超速參數(shù)設置已超過10年，至今仍未得到糾正，從而加劇了變槳軸承的損壞。
合理的超速參數(shù)，不僅能保證機組在極端風況條件下不會報超速停機，而且，還能充分地保證葉輪儲能，保護變槳軸承、變槳電機等機組零部件。詳細的超速參數(shù)設置原理可參見，本人去年撰寫的論文：《雙饋風電機組的轉(zhuǎn)速控制與超速參數(shù)設置》、《雙饋風電機組轉(zhuǎn)速控制與失控分析》和《風電機組超速問題案例分析》，分別刊登在《風能》2019年第6、7和8期上。
3、多年來的現(xiàn)場實踐證明，Mita主控WP3100所采用的功率控制方式較優(yōu)，值得學習和借鑒。
Mita主控WP3100所采用的功率控制方式，除充分考慮跟葉尖最佳速比提高機組效率之外，還充分考慮并保證了葉輪儲能所需的轉(zhuǎn)速裕度，保護變槳軸承等機組重要部件。
其功率控制方式是：在機組到達額定功率之前，機組轉(zhuǎn)速隨風速的增加而增加。在轉(zhuǎn)速上升的同時，扭矩也隨之增加。當機組轉(zhuǎn)速在1600rpm以下時，葉尖最佳比是功率控制考慮的主要因素，轉(zhuǎn)速上升速率較快，扭矩上升速率較慢;轉(zhuǎn)速在1600rpm以上時，隨著風速的增加，轉(zhuǎn)速上升速率很慢，扭矩上升速率較快;機組達到滿負荷時，功率控制目標轉(zhuǎn)速和扭矩均不再增加，此時，按額定轉(zhuǎn)速和額定扭矩較為穩(wěn)定地控制機組功率，按滿負荷功率進行變槳調(diào)節(jié)。
在機組達到額定功率之前，功率控制的目標轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速值，并且，在機組轉(zhuǎn)速較高時，隨轉(zhuǎn)速的增加，扭矩急劇增加，當陣風來臨，機組增加功率輸出的同時，增加機組轉(zhuǎn)速，這樣可以使葉片一直處于最大迎風面位置，不順槳。這樣，即便是在10米/秒風速的情況下，出現(xiàn)極端陣風，也可以不順槳。只有當持續(xù)風能超過機組滿負荷功率1.5MW時，葉輪才會通過順槳釋放出過多的能量。 因此，機組在額定風速之前，葉片均可由槳電機剎車器制動，使變槳系統(tǒng)長期處于休眠狀態(tài)。
就這種葉輪直徑為82米的82型機組來說，如果按照Mita主控WP3100的功率控制方式，只有超過機組的滿負風速時，葉片才會順槳。這不僅能充分吸收陣風帶來的能量;還能有效地減小陣風對機組的沖擊;延長變槳軸承等重要部件的使用壽命;減少變槳系統(tǒng)耗電;降低變槳系統(tǒng)故障機率和備件用量。
因此，我們在實施控制功率控制策略時，應充分理解，并認真學習和研究國外一流廠家的先進經(jīng)驗。綜合考慮提高機組效率、部件壽命以及維護和維修成本等多種因素，方能在機組壽命期內(nèi)使度電成本最低。
4、不正確的注油方式縮短變槳軸承的使用壽命。
在處理故障時，當變槳軸承手動注油以后，變槳電機溫升狀況得到了明顯改善。這說明變槳軸承內(nèi)部潤滑不足，這是變槳軸承壽命縮短的又一重要因素。
變槳軸承注油方式應根據(jù)機組環(huán)境條件的不同而不同。“常溫型”機組因機組所處環(huán)境的氣溫較高，潤滑脂粘性較小，可采用自動注油方式;而在內(nèi)蒙古地區(qū)的“低溫型”機組，冬天氣溫很低，潤滑脂粘性很大，自動潤滑油泵很難把潤滑油打到變槳軸承內(nèi)，采取手動注油更能保證變槳軸承的充分潤滑，避免不必要的變槳軸承損壞。
