浅析风力发电机故障检修与处理方法
发表时间：2018-06-25T16:50:56.237Z 来源：《电力设备》2018年第3期作者：董文鑫
[导读] 摘要：在风电场的运行中，设备的使用和维护成本占据较大比例，其对风电场的经济效益产生了直观的影响，因此做好设备检修工作，防范设备故障的发生，同时对故障范围进行有效的控制，防止经济损失的进一步扩大，一直以来都是风电场运营管理的重中之重。（国华（河北）新能源有限公司河北省张家口市 076750）
摘要：在风电场的运行中，设备的使用和维护成本占据较大比例，其对风电场的经济效益产生了直观的影响，因此做好设备检修工作，防范设备故障的发生，同时对故障范围进行有效的控制，防止经济损失的进一步扩大，一直以来都是风电场运营管理的重中之重。本文将对风力发电机故障原因加以探讨和分析，并论述几种常见故障类型的处理方法，以期全面提高故障检修效率，促使风力发电机尽快恢复到正常状态，从而保证电力生产的安全性和稳定性。
关键词：风力发电机；故障检修；处理方法
引言：现阶段，风力发电已经成为了一种重要的发电方式，既缓解了当前紧张的能源形势，又不会对生态环境产生污染和破坏，是可持续发展理念的有力举措，在我国的大部分地区都得到了推广应用。但是风力发电对环境和设备有着较强的依赖性，风力发电机长期暴露于露天环境下，发生故障的概率较高，如不能及时进行处理，将会严重影响到电力生产的持续性和稳定性。在此情况下，了解风力发电机的故障类型和诱发原因，采取行之有效的措施予以解决，也就变得尤为重要。
一、风力发电机概述
1、风能及风力发电的现状
目前，全球的风能资源总量约有2.7×109MW，其中能够被利用的风能大约有2×109MW，而中国的风能资源占据了全球第三的位置。一般情况下，风能资源的利用方式大多为风力发电，其在世界经济进步、科学技术发展的时代背景下已经跃然成为了增速最快的发电技术了，相应的风电整机容量也在不断得扩大。据近几年的相关数据统计，2010年时，世界的风力发电量占全球的电力消费的2.5%左右，2012年时，全球的新增装机容量已经达到了44711MW，总装机容量如预期般地超过了2.83×109MW，据专家预测，到了2020年时，风力发电大约能够提供增速为7.7%~8.3%的风力。
2、风力发电机的构造及工作原理
风力发电机是风能转化为电能的最基本可利用工具，主要由限速安全机构、叶轮、尾翼的调向器、储能装置、包括装置在内的发电机、塔架、传动装置（如齿轮箱、制动器、低速或高速轴等）、刹车系统、偏航系统、控制系统等部件构成；其工作的原理为叶轮在风力作用下，把风的动能转化为叶轮轴的机械能，再由叶轮轴带动发电机进行发电。这整个过程都较为简单，主要运用到了空气动力学的原理，即风在吹过叶轮时在叶片的正反两面形成了压力差而产生升力，从而让叶轮不停旋转的同时还能连续性地横切风流，从而得到了转化后的机械能。
3、故障原因分析
风力发电机是一种能量转换装置，能够将风能先转变为机械能，再通过发电装置转化为电能。而在地面受到建筑物的遮挡，会影响到风能的传递，这就要求风力发电机设置在距离地面数十米的高空中，确保风力发电机的叶片与风充分接触，才能提高风能的利用率。然而这种设计形式也具有一定的弊端，使得风力发电机的受力情况变得愈发复杂，不同气候环境、不同时刻的风速情况有所差异，造成了叶片受力的不断变化，同时叶片作为传导部件，还会将受到的冲击力传递给风力发电机的其他结构，首当其冲的就是主轴、齿轮箱和发电机，这些都是风力发电系统的重要环节，也是最容易出现故障的部件。
二、风力发电机的定期检修
当风力发电机投入使用一个阶段后，为保证风力发电机能够保持安全稳定的运行状态，应当定期开展检修工作。具体检修工作实施中，需要做好以下几方面的工作：首先，对螺栓力矩以及电气连接情况加以检测，保证各个连接点之间维持良好的连接状态，同时做好传送带等部分的润滑处理，随后，需要针对风力发电机运行重点功能部分展开测试。如果风力发电机运行时间过长，那么其螺栓很可能会出现松动情况，同时由于风力发电机是在长期震动的条件下运行的，为此，螺栓松动情况很可能会发生。如若发生了螺栓松动情况，那么其所承受的力就会不均匀，这种情况下很容易被剪切。所以，在开展日常检修工作中，要求认真检测螺栓力矩，查看螺栓有无松动情况，及时发现及时处理。在实际处理期间，若是风力发电机所处环境温度低于-5℃，则应当下调螺栓力矩，下降幅度为标准力矩的80%为宜，进而更加便于固定。另外，应当保证检测过程中周围温度在5℃以上。具体检修工作中，通常会在夏季阶段对螺栓松动状态进行检修，同时要在无风或是微风的条件下检修，防止高风力季节无法实现对风力资源的有效利用。在对传送带与有关部件采取润滑处理过程中，需要选择合适的润滑方法，要了解到不同部件所需采用的润滑方法存在较大差别。齿轮箱和偏航减速齿轮箱通常会利用稀油润滑的方式，而轴承盒偏航齿轮等部件则会利用干油润滑的方式。若是稀油润滑，则应当保证润滑油数量充足，润滑油不足时需要立即补充，但若是润滑油过期，那么应当及时更换。对于干油润滑的部件来说，通常它们都处于一种高温的工作环境下，很容易因为温度过高对零部件造成损害，降低了零部件的使用寿命。在对轴承和偏航齿轮等使用干油润滑的部件，不应补加过多的润滑油，一定要严格按照补加标准进行添加，避免由于润滑油过多而烧坏电机。
三、风力发电机常见故障及处理方法
（1）当故障表现为风轮转动时发出异常声响时，故障原因可能为叶片开裂、机舱罩松动或松动后碰到转动件；风轮轴承座松动或轴承损坏；增速器或齿轮箱轴承松动或损坏；制动器、发电机、联轴器松动或损坏。
处理方法：检查叶片是否有开裂；对机舱罩的螺栓进行紧固处理；重新调整风轮轴和增速器的同轴度，并紧固固定螺栓；当轴承已经损坏时，则应更换轴承，并对轴承底座进行重新安装；更换轴承及油封后，将增速器重新安装；重新固定制动器及调整刹车片间隙。调整发电机的同轴度并将紧固螺栓紧固牢靠。若联轴器损坏则需更换联轴器。
（2）风度达到额定风速以上，但风轮达不到额定转速，发电机不能输出额定电压时，故障原因可能为：风向标不对风；发电机转子和定子接触摩擦；增速器轴承或风轮轴承损坏；刹车片回位弹簧失效致使刹车片半制动状态；微机调速失灵；变桨距轴承损坏；变桨距同步器损坏。
处理方法：调整或更换风向标使之正对风向；检查驱动系统卡滞的位置，采取相应的措施消除卡滞现象；若由于液压驱动变桨距的油
双馈风力发电机电刷滑环故障分析 【摘要】双馈风力发电机目前已是网型风力发电机主流机型之一。滑环、电刷是发电机运行过程中极易出现问题的组成部分，极小的问题都会引发较大的事故。通过分析滑环振动造成的电刷冲击及危害，并介绍了电刷的谐振频率对安全产生的影响，提出预防故障的措施，减少因电刷、滑环引发的事故。 【关键词】双馈风力发电机；电刷滑环；故障处理 滑环、电刷是发电机运行过程中极易出现问题的组成部分[1]，极小的问题都会引发较大的事故。如：碳刷全部没有接触上，会引起发电机失磁的严重现象产生，出现环火，且发电机漏氢，很容易发生氢爆炸。因此分析引起双馈风力发电机电刷滑环故障因素及其重要。 1.双馈风力发电机磁滑环、电刷设计 双馈风力发电机具有A、B、C三相励磁滑环及相对应的电刷，并且还设置了接地滑环D及对应电刷。三相电流相对较大，因此各设置了S个基本均布电刷，D相接地滑环只有一个电刷，它可以接电机轴或星形励磁绕组中线，方便将轴电流及中线电流通过电刷接地。 2.滑环的损伤和单个电刷摩擦形成的冲击波形、振动与滑环故障分布规律相同 由于D相滑环一般情况下只设置1个电刷，因此很容易因为振动引起电刷、滑环分离，这样就容易造成电弧及损伤。可以通过以下两种方式进行检测：（1）电刷座的振动冲击；（2）判断绝缘安装的轴承座对地/机器外壳的轴电压。如果滑环出现损伤，会在摩擦电刷过程中产生冲击、振动，这样不但磨损电刷，还会将滑环的损伤加重。滑环损伤的故障有很多，故障分布规律和数量通常情况下与柔性联轴器爪数具有因果关系。电刷滑环故障的后期，运转时将产生较强的冲击、振动及轴电压，这种强度可以掩盖其他的故障信息。具有以下特征：若存在X 处均布损伤，就会有X阶转频冲击谱。所以说滑环的损伤和单个电刷摩擦造成的振动、冲击波分布规律和滑环分布规律相同。 3.滑环振动造成的电刷冲击及危害 滑环存在较大的振动，像磁隙不均匀、转子不平衡振动及滑环不圆度的电磁振动，激励S个电刷以后将会造成点数和滑环的短暂分离。这时候D相单电刷和与其相对应的滑环将会发生电弧及损伤。其他三相的S个电刷不同步、相继与对应的滑环实现分离后接触，会产生相继冲击，这种冲击的特征频谱和转频的S 阶冲击谱相等。 图1 力学模型示意图 假设电刷设计合理，且它与其压紧弹簧组成机械二阶系统，产生固有共振频率FS，比滑环的转动频率FN要高很多，假设滑环出现不平衡、不圆度的问题，会引起正弦“滑环振动”幅度A=1mm，对电刷存在强迫作用。我们构建如图1所示的力学模型示意图，分析滑环振动和电刷振动的相互作用，箭头指示运用正方向。我们可以很明白的看出，电刷正向位移不能比滑环正向位移小，不然，滑环会强迫电刷进行运动；电刷可以比滑环的正向位移大，与滑环分离。电刷的负向位移绝对值一定要大于滑环的负向位移，不然，滑环会对电刷运行形成阻碍作用；电刷也可以正于滑环负向位移，和滑环分离。 4.电刷的谐振频率对安全产生的影响
风力发电机状态监测与故障诊断技术综述 摘要：随着信息技术发展速度的不断加快，信息技术的应用范围也开始变得越 来越广了，在新能源领域信息技术得到了非常好的应用，风力发电技术作为新能 源领域中的一个非常重要的组成部分，其的故障诊断技术和发电机状态监督在风 力发电运行过程中发挥的作用是非常重要的。本文就风力发电机故障诊断技术和 状态监督进行分析，希望能够在一定程度上促进我国风力发电行业的发展。 关键词：风力发电；发电机；状态监测；故障诊断；机械故障；电气故障； 振动故障 目前我国风力发电技术在发展过程中仍旧存在着很多的问题，其中对风力发 电影响最大的就是风力发电机故障诊断技术和状态监测这两个问题。要想让风力 发电产业得到更加快速的发展，故障诊断监测系统必须要对发电机各个零件的运 行状态进行实时监督，只有这样才能够及时的根据风力发电机的电压、温度、震 动来对发电机的状况进行准确的诊断，才能够在发电机出现问题的第一时间就能 够及时的找到解决办法，我国风力发电机的运行效率才能够得到提升。 １风力发电机常见运行故障监测及诊断 双馈风力发电机常见运行故障可分为机械故障和电气故障２类：机械故障包 括发电机振动过大、轴承故障、轴系不对中故障、转子质量不平衡故障、机座松动、转子偏心故障等；电气故障包括线圈短路、绝缘损坏、气隙不均衡、三相不 平衡等。 1.1机械故障信号监测与诊断 通常可通过监测发电机的振动、温度、转速等信号诊断发电机轴承故障、轴 系不对中、转子质量不平衡、机座松动、转子偏心等机械故障。 一旦发电机在运行的过程中出现故障的化，我们可以通过发电机输出的电流、功率、电压等的不同频率来对发电机的故障进行分析。如果是发电机的轴承出现 问题的话，那么番点击在进行运行的过程中就非常出现高频率的震动，一般情况 下发动机出现故障的高频率震动，是发动机正常震动的一千多倍，如果发动机故 障过于严重的话，那么发动机的震动可能就会变得更严重，这个时候故障诊断系 统就可以通过振动传感器来获取外界的信号，才能够及时的发动机的故障机进行 处理。 1.2电气故障信号监测与诊断 如果是发动机电气出现问题的话，那么故障检测系统在对发电机进行检测的 过程中，就可以通过对发电机定子线圈的电压、温度等来对发电机的故障进行判断，能够引起发电机电气出现故障的原因主要有相间短路、匝间短路、和层间短 路等，因此一旦发现是翻地啊你电气出现故障的化，就会重点对发电机进行短路 检测。在进行故障诊断的过程中，我们可以通过发电机的电压和电流、转子扭矩 来对发电机的运行状态进行测量。 如果通过检测我们发现时由于相间短路的原因导致发电机再出现故障问题的话，我们就可以发现发电机的温度和电磁场都会发生非常大的变化，故障的特征 也会随着时间的增加而变得特别明显。要想快速的检测出发电机出现故障的原因，我们科技直接对发电机的振动、温度和电流进行采集，这样就能够在最短的时间 之内诊断出发电机短路故障了。相间短路一般主要包括三相短路、单相短路、两
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/1916527492.html, 双馈式风机的常见问题分析及发展 作者：马翊翔 来源：《科技信息·上旬刊》2017年第08期 摘要：文章分析双馈式风机发展的背景，介绍其结构及特点，并以无刷式双馈风力发电机为例介绍其工作原理，分析目前我国双馈式风机在并网运行中的常见问题，展望双馈式风机的未来发展趋势。 关键词：双馈式风机；发电机常见问题；发展 1引言 在全球能源危机和环境恶化的大环境下，我国也在不断调整能源结构，大力开发和利用风能、水能、太阳能等清洁型可再生能源，缓解能源危机并降低对环境的危害。近年来我国的风力发电行业得到了迅速的发展，风力电机装机容量已经居世界首位，但是由于风力发电技术的飞速发展，现代化的风力发电行业对双馈异步风力发电机的并网运行控制策略和保护方案也有着较高的要求，而我国由于相关经验的欠缺和技术的不足，导致目前风力发电机在并网运行中存在着诸多问题，需要在分析双馈式风机特点和原理的基础上，研究其常见的问题以及探索其未来的发展趋势。 2双馈式风机的概况 2.1双馈式风机的特点 双馈式风机即双馈式异步风力发电机，是一种绕线式的转子电机，双馈指的是发电机的定子和转子都能向电网提供反馈电。其主要由发电机、变流器系统。叶轮、控制系统和传动装置组成，在风力发电机组中，由风能带动叶轮转动并通过齿轮增速箱进行驱动发电的。双馈式风力发电机具有以下特点：一是此种发电机生产的电能质量比较高，并具有较高的低压穿透能力。采用双馈风机的风电系统可以通过部分功率变流技术和双馈式感应电机来对其产生的谐波进行缩小，从而提高其产生电能的质量，增强其低压穿透能力；二是具有较高的性价比和运行效率。此种风力发电机采用高速比齿轮箱作为辅助装置，在将其应用于风电机组时可以对其发电系统参数和机械传动系统参数进行科学配置和优化，从而大大提高其发电效率；三是此种风力发电机具有较为成熟的设计、制造与应用技术。其采用的是发电机、叶轮和齿轮相互配合而形成的较为成熟的拉链式传动方式，此种传动结构既能够对各类荷载进行合理分配，而且能够提高风机运行的稳定性，并大大简化其结构；四是由于此种风机的结构较为简单，操作也较为简便，并具有良好的维修性。如上文所述其结构可以将每一部分看做是一个独立的整体，哪一部分发生故障就可以针对性的进行检查和维修，提高故障诊断的准确性和故障排除的效率。 2.2双馈式风机的工作原理
双馈式风力发电机 【摘要】随着地球能源的日益紧缺，环境污染的日益加重，风能作为可再生绿色能源越来越被人们重视，风力发电技术成为世界各国研究的重点。变速恒频发电技术是一种新型风力发电技术，其主要优点在于风轮以变速运行。通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，从而实现转速的调节。而其中双馈发电机构成的风力发电系统已经成为目前国际上风力发电的必然趋势。 关键词：风能风力发电变速恒频双馈式发电机 一、风力发电 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。 风力发电：把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。 风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；中国也在西部地区大力提倡。我国的风力资源极为丰富，绝大多数地区的平均风速都在每秒3米以上，特别是东北、西北、西南高原和沿海岛屿，平均风速更大；有的地方，一年三分之一以上的时间都是大风天。在这些地区，发展风力发电是很有前途的。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。 风力发电的原理：是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13~25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。 风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）
双馈异步风力发电机(西莫讲堂) 主讲人：Edinburgh 关键词：双馈异步风力发电机 会议摘要： 1. 引言： 风力发电机组主要包括变频器，控制器，齿轮箱（视机型而定），发电机，主轴承，叶片等等部件，在这些部件中发电机目前国产化程度最高，它的价格约占机组的10%左右。发电机主要包括2种机型：永磁同步发电机和异步发电机。永磁同步发电机低速运行时，不需要庞大的齿轮箱，但是机组体积和重量都很大，1.5MW的永磁直驱发电机机舱会达到5米，整个重量达80吨。同时，永磁直驱发电机的单价较贵，技术复杂，制造困难，但是这种机型的优点是少了个齿轮箱，也就少了个故障点。异步发电机是由风机拖动齿轮箱，再带动异步发电机运行，因为叶片速度很低，齿轮箱可以变速100倍，以让风机在1500RPM下运
行，目前流行的是双馈异步发电机，主要有1.25MW，1.5MW，2MW三种机型，异步发电机的机组单价低，1KW大概需6000元左右，而且技术成熟，国产化高。 2.双馈异步发电机的原理： 所谓双馈，可以理解为定子、转子同时可以发出电能，发电机原理理论上说只要有动力带动电动机，在电动机的定子侧就能直接发出电能。现代变速双馈风力发电机的工作原理就是通过叶轮将风能转变为机械转矩（即风轮转动惯量），通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的转速后，通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。双馈发电机正是由叶片通过齿轮箱变速，带动电机高速旋转，同时转子接变频器，通过变频器PWM 控制以达到定子侧输出相对完美正弦波，同时在额定转速下，转子侧也能同时发出电流，以达到最大利用风能效果。通俗的讲，就是要变频器控制转子电流，反馈到定子上面，保证定子发出相对完美的正弦无谐波电能，同时在额定转速下，转子也能发出功率出来。有个大致感觉是 1.5MW发电机的定子发电量大概
29.1观察加速度传感器故障界面中的加速度信号电压值，使用手持仪器测量面板上的加速度端子信号。若测量到的信号为0V，则可能是加速度传感器信号线断开或损坏。 若测量到的信号数值与界面显示的信号数值不相符，则可以判断是加速度传感器损坏。 30.1观察环境温度传感器故障界面中的温度信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的温度端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是环境温度传感器信号线断开。 若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是环境温度传感器损坏。 31.5观察振动传感器故障界面中的振动信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的振动端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是振动传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是振动传感器损坏。 31.5观察振动传感器故障界面中的振动信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的振动端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是振动传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是振动传感器损坏。 32.1观察液位传感器故障界面中的液位信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的液位端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是液位传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是液位传感器损坏。 33.1观察压力传感器故障界面中的压力信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的压力端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是压力传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是压力传感器损坏。 34.5观察风向传感器故障界面中的风向信号电压值，然后使用手持仪器测量面板上的风向端子信号。若测量到的信号为0V，则可以判断是风向传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的电压值不相符并且不为0V，则可以判断是风向传感器损坏。 35.7观察风速传感器故障界面中的风速信号频率值，然后使用手持仪器测量面板上的风速端子信号。若测量到的信号频率为0Hz，则可以判断是风速传感器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的频率值不相符并且不为0Hz，则可以判断是风速传感器损坏。 36.1观察发电机测速编码器故障界面中的编码器信号频率值，然后使用手持仪器测量面板上的电机转速端子信号。若测量到的信号频率为0Hz，则可以判断是编码器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的频率值不相符并且不为0Hz，则可以判断是编码器损坏。 37.7观察机舱电动机测速编码器故障界面中的编码器信号频率值，然后使用手持仪器测量面板上的机舱转速端子信号。若测量到的信号频率为0Hz，则可以判断是编码器信号线断开。若测量到的信号与界面显示的频率值不相符并且不为0Hz，则可以判断是编码器损坏。 38.1观察拖动机温度异常故障界面，观察界面中的环境温度曲线、拖动机温度曲线、拖动机转速曲线以及拖动机实时电流值数据。若拖动机转速不高，环境温度持续过高，并且拖动机实时电流正常，则可以判断是环境温度过高。若环境温度不高，拖动机转速时高时低，并且拖动机实时电流时大时小，则可以
有关双馈风力发电机故障穿越控制问题分析韩迎春 发表时间：2018-06-05T16:49:37.893Z 来源：《电力设备》2018年第2期作者：韩迎春[导读] 摘要：随着社会的发展和时代的进步，地球的环境问题也越来越受到重视，我国也一直不断的大力倡导新能源的使用。 （国华（沽源）风电有限公司河北省张家口市 076750）摘要：随着社会的发展和时代的进步，地球的环境问题也越来越受到重视，我国也一直不断的大力倡导新能源的使用。其中，风力发电因其具有投资周期短、清洁环保、再生性强的特点，所以一直是国家的重点研究项目。近年来，随着大量的风力发电设备不断的投入使用，风电机组的电网电压故障穿越能力控制问题也日益凸显。通过对电网电压发生三相对称故障时的暂态分析，根据其运行特点，提出了 一种电网故障时双馈风力发电机转子侧变流器低电压穿越控制策略，来实现当双馈风电机组在电网发生三相对称故障时的穿越。关键词：三相对称故障；风力发电机；故障穿越引言： 随着对风力发电研究的不断深入，风力发电技术也日渐成熟。由于风力发电相对其他发电设施有着较明显的优势，近年来，风力发电在我国发电市场中所占比例不断增大，大量大型风电场不断被建立。风力发电机的故障穿越能力作为风力发电的关键性技术之一，对其重视程度在近年来不断上升。对于如何在风电场和电网电压发生故障时对风电机实施行之有效的控制策略，避免风电机出现励磁失控，对风电机组的核心组件励磁控制变流器产生较大伤害，防止风电机的定、转子出现冲击电流、转矩突变，引发风电场的风电机组出现大规模连锁脱网事故等问题。各国的专家学者纷纷对风电机的故障穿越能力控制技术进行激烈的讨论和研究，并取得了较为成熟的研究成果。此研究成果大体可以分为增加拓扑结构的控制策略和完全依靠改进变流器的控制策略等两大类。本文通过对电网电压发生三相对称故障时的暂态分析，提出一种转子侧变流器低电压穿越的控制策略，仿真和实验结果表明此控制方法有良好效果。 一、双馈风力发电机的结构与特点 双馈风力发电机当中的“双馈”所指的是电机当中的定子与转子都能够实现电力供应过程。通常情况下，双馈式发电机所包含的主要部件为定、转子与接线盒，传动机构与冷却设备等。其中，转子结构主要存在成型绕组、散嵌绕组等形式；滑环系统主要包括碳刷、刷架、滑环、滑环风扇、滑环维护罩等部分，而滑环又分为热套式和环氧浇注式两种类型；冷却设备主要分为风冷式等多种形式。如果从性质方面进行考虑，双馈式发电机可以划分到异步式发电机的范畴内，但此种发电机存在着与同步发电机类似的激磁绕组来对励磁过程与功率因素进行调控。所以，该发电机具有这两种发电机的优势。此种发电机有着体积小、无功功率调节简单便利、抗电磁干扰性能强等优势。并且它的励磁过程同其与其连接的供电网络并无过大的关系，能够由转子所在的电路直接完成。所以，发电机所输出的能量具有良好的稳定性，并且工作期间通常不会造成电网出现大幅度波动。系统能够对发电机励磁过程加以控制，进而实现对发电机运转状态参数与功率因数的高效调节。此外，双馈式发电机对于风力变化情况具有较强的适应性，同时可以保证输出电能的稳定可靠性。 二、双馈电机工作原理 根据定子磁场转动速率与转子磁场转动速率的关系，此种发电机的运转模式可以分为下面的三种：（1）超同步模式。当定子磁场转动速率不高于转子磁场转动速率的条件下，转轴输出功率要高出定子磁场运行产生的功率。而转子所在电路无需供电网络提供直流励磁电流，并且还可以借助双脉冲宽度调制变流器有效的对供电网络提供电能支持，所以，在此种运行模式下，发电机可以同时利用定子所在电路与转子所在电路向供电网络输送电能。这样的模式便是发电机的正常运行模式。（2）同步模式。在定子磁场转动速率与转子磁场转动速率相等的情况下，转轴所输出的功率同定子磁场运行产生的功率相差无几。这时，发电机尽可以借助定子所在的电路为供电网络提供电能，但转子所在电路无法进行参与，只可以接受供电网络所提供的直流励磁电流。在这种情况下，三者之间转动速率保持一致，所以，发电机的运行处于同步模式。（3）亚同步模式。当定子磁场转动速率高于转子磁场转动速率时，转轴输出功率要比定子磁场运行产生的功率低。所以，处于此种运行模式下，供电网络则需利用双脉冲宽度调制变流器为转子所在电路供给电能，而电能输送任务由定子所在电路一方承担。这种工作模式又叫做补偿发电模式。具体运用过程中，双馈式发电机的运行模式同环境条件因素存在一定联系，如果风力比较下，那么发电机会以亚同步模式运行，而如果风力较大，那么发电机就会以正常状态（超同步模式）运行。 三、电网三相对称故障时双馈风力发电机暂态分析
双馈风力发电机组故障分析及防范措施 发表时间：2019-12-17T09:25:47.910Z 来源：《中国电业》2019年17期作者：王志亮 [导读] 经济快速发展，环境污染和能源危机问题不断涌现 摘要：经济快速发展，环境污染和能源危机问题不断涌现，各国都对如何利用可再生能源进行可持续发展予以重视。随着绿色经济、零排放的模式不断演进，在绿色能源中加以利用和研发，例如将风能等作为绿色能源的重要来源，进行技术研发，已经取得了很多的成果。双馈风力发电机组在发电运行的过程中发挥着重要作用，但其故障问题也是需要关注的重点问题。一旦出现故障问题会降低风力发电效率，造成经济损失，甚至威胁人的安全，因此对于双馈风力发电机组故障要进行及时的防范，采用相应的故障处理办法和运维模式进行维护，保障发电机的正常运行。 关键词：双馈风力发电机组；故障；防范 1双馈风力发电机组工作原理 变速风电机组通过风轮输入的风能转化为机械能，然后通过齿轮轴，把机械能传递到双馈发电机，发电机将机械能转化成电能输出到电网中。发电机与电网间通过两个变流器相连，一个是转子侧变换器AC/DC，转子侧变换器相当于在转子回路中串联一个电压向量，其作用是是对发电机进行励磁控制，可以实现对机组有功和无功功率解耦，使转子达到预期的转速。而电网侧的变换器DC/AC可以实现直流环节的有功功率和与电网间交换的有功功率的平衡，可以控制直流侧电压的稳定和交流侧功率因数。 2双馈风力发电机组的故障分析 2.1振动异响故障分析与处理 风力发动机常见故障之一就是风轮转动时，异响较大。在故障发生之后出现了机舱罩松动和叶片开裂的情况。这是由于风轮轴承的底座出现了损坏。在齿轮箱轴承损坏和增速器损坏状态下，风力发电机的受力情况出现了损伤，叶片受到冲击力度越来越大，桨叶转速受到影响，刚性链接的主轮齿轮箱、发电机等相继出现故障。对于这一故障进行处理，应更换轴承，对轴承损坏部分进行加固处理，或者是直接予以更换。对机舱罩的螺栓，采用固定螺栓的方式调整风轮轴和增速器，并且将刹车片的间隙加以重新固定。在增速器的安装上，将螺栓进行牢固紧固，如果轴承也发生了损坏，则需要进行更换。 2.2轴承故障分析与处理 针对发电机轴承损坏引起的振动，我们可以通过异响，温度等对轴承进行监测，有针对性的进行不定期维护检修。针对轴承故障，我们特意选取了部分电机进行了检查，发现不正常部分如下：轴承上油脂发黑，且排出的废油脂为黑色，轴承内圈与转子轴抱在一起，不能拆卸，拆除轴承内圈后，发现轴承主轴轻微磨损，轴承支架部分断裂。 产生这种现象的原因可能是在发电机长期运行下，发电机频繁启动停止，使其磨损增大，直到润滑失效，其金属表面互相摩擦，温度升高，导致轴承进一步磨损。针对这种现象，我们要对风力发电机系统进行不定期的检修维护，检查轴承出油情况，加强油脂使用管理制度，避免油脂在使用过程中受到污染，同时对注入的油脂进行检查，以确保润滑效果良好。 2.3齿轮箱故障分析与处理 齿轮箱作为双馈风力发电系统的传动装置，其性能的好坏不仅影响风机的的运行，也会影响整个系统的发电效率。常见的齿轮箱故障有齿面磨损，齿面变薄，齿面疲劳及断齿等。造成这些故障的原因可能：①因为齿轮箱长期工作在重载工况下，长时间不断摩擦损耗；②因为齿轮箱油管破损，导致漏油或者排油孔堵塞；③齿轮箱温度过高，针对这一问题，可以通过SCADA系统监测齿轮箱的温度来进行预测，达到预防与控制故障出现的目的。 2.4电气故障诊断分析与处理 双馈风力发电机根据故障是否有破坏性，分为破坏性故障和非破坏性故障，根据故障发生部位分为软件性故障和硬件性故障，根据是否有指示灯，分为有指示故障和无指示故障。我们可以通过依据经验，根据气味，是否有火花，是否有烧焦痕迹，查看继电器、熔断器开关状态以及有无烧坏裂痕，还可以查看电压，电流，转速，温度等来判断。例如变流器故障，虽然能正常复位，但并网前系统自动关机，我们通过把变频器状态码和子错误信息码对比，可以找出异常部位的具体位置，由此我们可以确定是否更换IGBT功率模块或外围二极管，电阻，电容器等。 3双馈风力发电机组故障的预防管理措施 3.1定期维护管理 风力发电企业需要针对风力发电机组定期维护工作制定相关的绩效考核方案，成立监督小组，有奖有罚，调动管理人员和技术人员的工作责任心和积极性，从而提高风力发电机组定期维护的质量。管理人员每个月都要针对风力发电机组定期维护工作进行抽查，通过这种方式可以跟踪设备的定期维护状态，可以严格把控定期维护工作的质量。 3.2加强风力发电机组故障诊断 对风力发电机组进行故障诊断时，要根据机组自身结构的复杂性和机组运行环境的特殊性，综合分析各种因素，提高故障诊断结果的准确性。风力发电机组运动部件多、结构复杂，故障诊断比较困难。因此需要更新传统诊断技术，积极应用新技术和新理念，准确诊断各种故障，为故障的解决提供依据。对于风力发电机组的故障诊断，需要准确掌握各类不同的故障现象，根据机组电力参数、振动、压力、形变、磨损、温度等性能特征进行综合分析，完成故障诊断。可以利用计算机进行数据的信息化在线监测。例如：可以采用机械式传感器或光电式传感器监测绕组振动幅值等参数，并定期的对定子绕组的磨损及紧固情况检查。依靠总线及局域网技术将采集的发电机各传感器数据传送到数据中心，在数据中心具有存储数据的功能，远程诊断中心可从数据中心调取、查阅历史数据和即时数据，作为远程数据诊断