风电场风机变桨系统故障分析及具体措施

风电场风机变桨系统故障分析及具体措施

摘要：风力发电作为现阶段电力能源供应系统的重要构成，发电机组通常需要

在复杂的环境下运行，风向、风速、风力与温度环境等容易受不确定因素影响，

具有随机性、多变性与间歇性等方面的特点，风机系统在交变负载的影响下，容

易出现故障问题。变桨系统是风力发电的重要技术，分为液压变桨与电动变桨等

形式，液压变桨系统的常见问题包括超限故障、不同步故障等；电动变桨运行系

统主要的故障问题为电气回路、变桨电滑环以及后备电源等出现损坏，技术与管

理人员应结合具体故障原因，采取针对性的处理手段。

关键词：超限故障；运行不同步；电气回路

现阶段，我国能源消耗量逐步提高，风电场的电力生产与供应需求不断提升，风机系统的运行压力大幅度增加，为保证电力运行系统的安全、稳定运行，风电

场应在加强变桨系统状态监测的基础上，做好故障排查与处理工作。由于变桨系

统处于封闭的环境中，因此在运行监测时，故障表现不明显，需要通过总控制系

统对系统运行异常数据进行报错，检测与维修技术难度相对较大。基于此，本文

从现阶段液压与电动变桨系统的常见故障表现与原因方面出发，对不同故障问题

处理对策进行系统分析。

一、液压电机变桨系统中的主要故障及处理对策

1、变桨系统超限故障情况的分析与处理

液压变桨在运行过程中容易出现超限故障，最常见故障点为桨叶位置传感器损坏，造成测量电压超出允许值范围，从而造成叶片位置检测错误。一旦桨叶位置

的传感器出现损坏情况，传感器会发出超过正常标准的电压信号，信号传输到伺

服系统中，反馈到主控制平台，平台根据故障信息报出超限情况。桨叶的位置传

感装置是控制变桨系统的重要装置，如果装置出现故障，不仅会增加实际变桨角

度与理论角度的误差值，还会在一定程度上降低风机运行质效，降低系统发电的

稳定性。在进行故障检测与处理的过程中，应先利用程序控制功能对位置传感器

进行状态检测，将桨叶的角度数据转换为可测量的电压信号。若不在正常范围内，通过桨叶位置传感器配套调整工具，将桨叶角度正负极限值调至规定电压范围。

如果故障位置无法处理，或经由技术处理后，电压值仍旧存在跳变问题，可以通

过更换传感器，对桨叶位置情况进行检测，确保故障的有效消除。

2变桨不同步故障分析

变桨系统通过位置传感装置的布设，对桨距角电压信号进行监测，当变桨叶

片的角度最大差值超过4°时，传感装置会将异常信息反馈到PLC系统中。控制平

台接受异常信号，经由分析后，报出具体的故障信息。变桨发生不同步系统运行

故障，常见原因为变桨比例阀运行系统出现损坏现象，从而导致液压回路流量控

制失效，使三叶片中最大变桨角度与最小变桨角度差值大于程序设定值，三桨叶

运转位置、速度出现误差，导致运行不同步。比例阀运行系统对电机进行控制的

过程中，需要通过逻辑运算，同时对比例阀电位移转情况与伺服电情况进行反馈，通过控制装置放大传输信号，对转换器进行控制，转换器根据输入信号产生等比

的系统驱动力，对液压阀进行有效驱动，对液压阀的压力与液压油流量进行动态

控制。比例阀通过控制液压油的流量来进行桨叶位置和变桨速度控制的，根据变

桨液压回路。因此，系统中所有电磁阀带电，电磁阀得电选择导通或关闭油路，

比例阀的底部线圈也处于带电状态，阀位出现变化，液压油将会从P端出发，流

向液压缸的负极方向，通过系统转换将液压能变为运动的机械能，液压缸向着0°

的方向进行变桨，然后液压油经由缸体回流到T端。

二、电动变桨的常见故障分析与技术处理

电动变桨系统作为风力发电的重要系统运行模式，控制系统的构成相对复杂，在运行过程中，发生故障的频次高于液压系统。变桨系统的性能、类型、结构等

方面的差异性，使得变桨风机的安装形式、元件材质以及技术参数也存在较大的

差异，故障问题的表现也有所不同。通过对风机变桨的异常数据与故障处理进行

分析可知，电气控制的运行故障问题是影响变桨系统正常运营的主要问题，具体

的故障类型包括电气回路、变桨电滑环以及后备电源等系统的运行异常。

1、变桨电气回路系统故障

变桨电气回路系统构成部件主要有，变频装置、控制器、变桨电机等。变桨

变频装置属于伺服驱动程序运行的基础，变频器输出频率可调、相序可调的交流

电到变桨电动机电枢绕组中，控制变桨电机转动，带动变桨减速机，对桨叶角度

进行动态调整。出现故障表现的常见原因包括变频装置损坏、电机运行功率偏低、接线处不牢固等问题，技术人员需要结合报错信息，对故障位置进行确定、排查

故障原因，采取针对性的处理对策，从而缩短故障处理时间。在系统轴承润滑养

护的过程中，应定期进行轴承、电极、减速装置等设备的检测，做好润滑处理。

如果发生卡浆、系统运行速率小将、电机设备出现过热情况，故障原因被确认为

转动荷载超负荷时，应对电动变桨运行系统进行整体润滑养护处理。

2、变桨电滑环装置的故障与处理

由于风机变桨需要轮毂一直进行旋转，离心力和交变负载影响下，系统各部

件承受的脉动负荷相对较大，故障发生的可能性大幅度增加。通过状态监测与定

期养护工作，可以有效降低系统运行不确定因素的负面影响，为变桨系统的稳定

运行提供保障。电动变桨的构件在轮毂内运行，在实际处理阶段，由于滑环部件

的检测、拆卸与维护技术难度较大，部分检修人员在进行滑环定检工作时，存在

润滑过度或装配环节不能保证滑环内的清洁度问题，给后期运行留下隐患。机舱

装置是变桨系统运行重要的动力电源，能够与系统控制平台进行通讯。作为轮毂

电气与机舱设备连接构件，变桨电滑环地位非常重要，变桨系统通讯故障或变桨

系统供电故障将触发风机安全链动作，紧急停机。变桨滑环部分出现故障，通常

是由于接线不牢固、内部接触问题导致的，检修过程中应对异常情况进行分析，

依照生产方的技术指导方案，采用重新清洗滑环、更换部件等方式进行处理。

3、后备电源系统的故障与处理

电动变桨后备电源与液压变桨蓄能装置的功能类似，作用于风机失去电力供

应等紧急情况，能够保证风机控制系统的运行，进行停机，避免出现事故。风机

用后备电池主要有免维护铅酸蓄电池和超级电容两种，其中超级电池具有较长的

使用寿命，但造价相对较高。由于轮毂内设备运行环境相对恶劣、温度与湿度条

件多变，在设备经过长时间运转后，蓄电池的电力存储与释放能效下降，在出现

故障预警后，系统停止运转。检修技术人员可以通过监控程序、定期检测等形式，对电池出现故障的具体原因进行分析，对损耗过高的后备电池进行更换，保持电

池供电稳定。在进行设备检测时，建议在定检时用手持式检测仪对电池进行全检，及时发现内阻增加、容量下降的电池，进行处理或更换。风电场可以通过在线监

测系统的装设，对电池状态进行实时监控，当电池出现劣化问题或超出安全使用

年限时，应及时进行更换，保证系统后备电力的有效支持。

4、变桨通讯故障与处理