《風力發(fā)電技術(shù)》課件-第三章 機組運行與維護

第三章機組運行與維護1.機組運行

風電機組通電自檢后進入待機狀態(tài),在一定的風速驅(qū)動下起動,發(fā)電功率隨著風速的升高而增加,在額定風速下達到滿負荷,并在超過額定風速后保持額定功率輸出。包括自動運行狀態(tài)、受控運行狀態(tài)和手動操作。機組運行由風電機組控制系統(tǒng)根據(jù)風況和電網(wǎng)狀況,對機組發(fā)出通電自檢、待機、起動、并網(wǎng)發(fā)電,以及暫?；蛲C指令。自動運行狀態(tài)

當風電機組通電或完成復位操作后,機組控制系統(tǒng)起動,開始自檢程序,對各部件狀態(tài)位、傳感器、開關(guān)、繼電器等進行檢査,此時液壓系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)開始工作。通電自檢葉片槳距角保持在90°

風電機組通電自檢后未發(fā)現(xiàn)故障,顯示系統(tǒng)狀態(tài)正常。待機

此時若風速低于起動風速,機組處于待機狀態(tài),槳距角度保持0°或葉尖制動在正常運行位置。外界風速達到切入風速(2~4m/s)后,系統(tǒng)開始起動。起動

變槳系統(tǒng)將葉片角度調(diào)節(jié)到45°左右,風輪旋轉(zhuǎn)。當加速到并網(wǎng)要求的轉(zhuǎn)速時,機組并入電網(wǎng)運行。

在正常情況下,風電機組并網(wǎng)輸出功率。風電機組控制系統(tǒng)根據(jù)風速和風向變化情況自動改變機組的轉(zhuǎn)速、偏航角度和葉片角度,并根據(jù)風速變化隨時進行調(diào)整機組功率輸出。并網(wǎng)發(fā)電

當控制系統(tǒng)檢測出電網(wǎng)、氣候等外部環(huán)境因素出現(xiàn)異常,不滿足運行要求時,將風電機組置于暫停狀態(tài)。暫停

在暫停狀態(tài)下：風電機組液壓系統(tǒng)自動保持壓力,偏航系統(tǒng)保持自動偏航,變槳系統(tǒng)將葉片順槳(變?yōu)?0°位置),機組甩掉負荷。

在暫停狀態(tài)下：可以對風電機組進行調(diào)試、維護和檢修。發(fā)電機與電網(wǎng)解列偏航系統(tǒng)不再動作變槳系統(tǒng)使葉片順槳機械制動系統(tǒng)開始時保持松開狀態(tài)待風電機組轉(zhuǎn)速低于某個設(shè)定值后,機械制動系統(tǒng)再開始制動停機——正常停機

當出現(xiàn)電網(wǎng)掉電、發(fā)電機轉(zhuǎn)子超速、機艙過振動等安全鏈觸發(fā)動作或人工按動緊急停機按鈕時,所有操作都不再起作用。停機——緊急停機

此時空氣動力制動和機械制動系統(tǒng)起動作,直至將安全鏈觸電復歸或緊急停機按鈕復位。在人工干預或電網(wǎng)狀態(tài)異常情況下的風電機組運行狀態(tài),包括有功功率控制、無功功率控制、低電壓穿越和限扇區(qū)控制運行。受控運行狀態(tài)

用于發(fā)生緊急情況或者對風電機組進行試驗、維護時,手動操作完成機組起動、停機、偏航、復位等動作。機組的手動操作就地復位遠方復位復位操作

故障停機和緊急停機狀態(tài)下的風電機組手動起動操作。復位操作——就地復位

風電機組在故障停機和緊急停機后,如故障已排除且具備起動的條件,重新起動前必須按“重置”或“復位”就地控制按鈕,方能按自動起動操作方式進行起動。

風電機組運行中出現(xiàn)的某些故障可通過升壓變電站的風電機組監(jiān)控系統(tǒng)進行遠方復位而消除。復位操作——遠方復位風電場監(jiān)控系統(tǒng)2.機組檢修

為恢復風電機組正常發(fā)電能力所開展的工作。風電機組投入運行后,由于設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、運行維護不當,設(shè)備老化和磨損,以及環(huán)境影響等因素可能引發(fā)機組設(shè)備故障和異常,造成機組性能下降或故障停機,需要及時開展檢修工作,恢復設(shè)備的正常運行。機組檢修風電機組檢修工作是風電場的項日常工作,及時和有效的檢修可提高風電機組的發(fā)電量和可利用率。消缺檢修故障檢修大型檢修檢修類型為避免缺陷發(fā)展引發(fā)設(shè)備故障或事故所安排的檢査、維修工作。消缺檢修

通過定期或不定期地開展設(shè)備巡視檢查和隱患排查,在發(fā)現(xiàn)機組存在銹蝕、裂紋、位移、滲漏、磨損、油位不正常,緊固、潤滑不良等情況。

在風電機組正常運行中,機組控制系統(tǒng)發(fā)出告警,指示設(shè)備存在異常而停機時需進行的維修處理工作故障檢修

除消缺檢修和故障檢修外,機組塔架、葉片、機艙、齒輪箱、發(fā)電機、主軸等大型部件的更換和維修工作。大型檢修特點1.高空作業(yè)多。2.受天氣影響較大。3.專業(yè)性較強。4.大型部件更換需動用大型吊裝設(shè)備,海上風電場還需專用的浮吊設(shè)備。5.風電機組種類多,零部件繁多,備品備件有專用的庫房進行分類保管。葉片主軸齒輪箱發(fā)電機測風設(shè)備工作內(nèi)容——設(shè)備檢修偏航系統(tǒng)控制系統(tǒng)液壓系統(tǒng)變槳系統(tǒng)制動系統(tǒng)工作內(nèi)容——系統(tǒng)檢修3.機組維護項目機組維護項目對設(shè)備和設(shè)施的外觀進行檢查,更換磨損、老化部件對注油設(shè)備進行潤滑對設(shè)備性能指標進行測量對各部件功能進行測試,對設(shè)備進行清潔螺栓葉片主軸高速聯(lián)軸器發(fā)電機液壓系統(tǒng)變槳系統(tǒng)塔架控制系統(tǒng)安全鏈電氣系統(tǒng)風向標風速儀維護的部件、設(shè)備和設(shè)施包括：

風電機組的各主要部件和其他輔助設(shè)備一般都采用螺栓緊固,每次維護時要進行檢查或力矩校驗。螺栓維護檢査可采用目視或敲擊方式,發(fā)現(xiàn)松動則應(yīng)進行重新緊固。對于重要的螺栓,如葉片固定螺栓等,需使用力矩扳手對螺栓的力矩進行校驗。

對重要螺栓的力矩檢查,螺栓數(shù)量不多的一般全部進行檢查,螺栓數(shù)量大的，如偏航系統(tǒng)固定螺栓等,在首次維護時必須全部進行力矩校驗,之后的維護可采用抽檢方式,抽檢量一般為螺栓數(shù)量的5%~10%。齒輪箱維護①檢查風電機組齒輪箱本體、油循環(huán)冷卻系統(tǒng)、精濾系統(tǒng)等部件運行狀況,有無油滲漏;②檢查油循環(huán)系統(tǒng)的過濾器是否需要更換;③檢查齒輪箱油位是否正常;齒輪箱維護④檢查齒輪箱內(nèi)齒面有無崩齒情況,如發(fā)現(xiàn)有崩齒,則進行維修和處理,齒面崩齒小于10%齒面長度的,進行表面打磨后可以繼續(xù)運行,但需要加強觀察;⑤觀察油質(zhì)情況,發(fā)現(xiàn)齒輪油顏色發(fā)黑,或有雜質(zhì),或油樣化驗結(jié)果不達標的,則需更換油品或濾油處理。潤滑油的更換周期,礦物油為18個月,合成油為48~60個月。葉片維護①對葉片表面進行目測檢查,發(fā)現(xiàn)葉片裂紋或損傷的,乘坐吊車或吊籃進行維修;②檢查葉片內(nèi)接閃器的引線是否連接正常;③對于變槳距機組的葉片,將槳葉軸承內(nèi)的廢油排出,加注新油脂。①檢查主軸與齒輪箱連接是否正常;②檢查主軸軸承密封是否良好,有無滲漏油脂;③定期加注新油脂，高速聯(lián)軸器維護主要檢查高速聯(lián)軸器表面有無裂紋,固定螺栓有無松動。主軸維護①檢查風電機組的發(fā)電機軸承有無異常聲音;②按要求加注新油脂;③檢查發(fā)電機冷卻系統(tǒng)是否運行正常;④使用絕緣電阻表檢查發(fā)電機絕緣是否良好,使用電橋檢查發(fā)電機各繞組直流電阻是否正常;發(fā)電機維護⑤使用千分表或激光對中儀對發(fā)電機和齒輪箱高速輸出軸同軸度進行檢查,如同軸度超過規(guī)定值,則進行調(diào)整;⑥對帶集電環(huán)的發(fā)電機,檢査集電環(huán)室內(nèi)積碳情況,必要時進行清理;⑦檢査碳刷架固定是否良好,碳刷磨損情況是否達到更換要求。①檢查風電機組液壓系統(tǒng)各管路是否存在滲漏油情況,對各液壓部件的連接部件逐個進行緊固;②液壓馬達起動建壓后,檢查液壓系統(tǒng)測試點的壓力值是否滿足要求;③對液壓系統(tǒng)自起動功能進行測試,手動泄壓后,檢查液壓系統(tǒng)重新建壓時間是否滿足要求,壓力值是否達到標準值。液壓系統(tǒng)維護液壓變槳系統(tǒng)機構(gòu)示意圖

應(yīng)檢查各部位有無滲漏油情況,變槳執(zhí)行機構(gòu)有無卡澀,執(zhí)行單元壓力是否正常,并補充潤滑油脂。變槳系統(tǒng)維護——液壓變槳系統(tǒng)

檢查變槳電機、控制元件有無過熱和放電,變槳執(zhí)行機構(gòu)有無卡澀,后備電源系統(tǒng)的電壓和容量是否正常。變槳系統(tǒng)維護——電動變槳系統(tǒng)維護后都要通過控制系統(tǒng)對其進行測試，檢查機組是否按照設(shè)定的變槳角度進行槳葉調(diào)整。①檢查風電機組塔架表面油漆有無脫落,塔架本體有無銹蝕,必要時進行補漆或防銹處理;②檢查塔架間的接地連接線有無松動和斷裂;③檢查塔架的爬梯固定螺栓有無松動,必要時應(yīng)進行緊固;④對塔架的各平臺進行檢查,發(fā)現(xiàn)有油漬進行清理,對固定平臺的螺栓進行緊固。塔架維護

主要檢查控制系統(tǒng)各部件有無過熱或損壞,有無接線松動等情況。另外,通過控制系統(tǒng)的控制程序,對機組進行起動、停機測試,偏航系統(tǒng)測試,檢查控制系統(tǒng)是否正確響應(yīng),系統(tǒng)顯示的各參數(shù)是否與機組現(xiàn)有狀態(tài)一致,以及機組頂部和底部控制設(shè)備通信是否良好。同時,還要進行安全鏈測試?？刂葡到y(tǒng)和安全鏈維護主要檢查各部件表面有無放電痕跡,各連接線固定是否牢固,電纜接頭有無過熱情況,采用絕緣檢測儀器檢查絕緣情況是否良好,檢查回路電壓是否正常。電氣系統(tǒng)維護

主要是檢查風向標、風速儀轉(zhuǎn)動是否靈活,模擬風速儀和風向標工作狀態(tài),同時檢查與控制系統(tǒng)顯示的數(shù)值是否一致,并測試風速儀和風向標的加熱系統(tǒng)能否正確動作。風速標和風向儀維護4.機組試驗項目機組試驗項目機組遠程操作試驗失電保護試驗超速保護試驗振動試驗緊急停機按鈕試驗扭纜開關(guān)試驗“看門狗”試驗液壓系統(tǒng)試驗變槳系統(tǒng)測試測風裝置試驗操作面板試驗自動偏航試驗加熱器試驗機械制動試驗機組并網(wǎng)及運行試驗起停機操作解纜操作偏航操作數(shù)據(jù)下載遠程程序上傳通過風電機組的遠程監(jiān)控系統(tǒng)對機組進行操作。機組遠程操作試驗檢查通信是否正常

風電機組正常運行狀態(tài)下,突然發(fā)生系統(tǒng)停電或控制系統(tǒng)失電時,檢查機組各項保護是否正確動作,機組能否安全停運。失電保護試驗

一般通過手動切斷主開關(guān)或切斷控制系統(tǒng)電源開關(guān)進行試驗,并觀察機組的響應(yīng)是否正確。

可以使用模擬超速和機組實際超速兩種試驗方法進行。機組在超過額定轉(zhuǎn)速范圍一定比例后,機組超速保護是否工作而停機。超速保護試驗驗證模擬超速方法:通過手動觸發(fā)超速保護信號,觀察機組是否動作停機。機組實際超速試驗:將機組目標轉(zhuǎn)速設(shè)置在超過發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速,觀察在超過超速保護設(shè)定值時超速保護是否動作。通過觸發(fā)振動傳感器的觸點,檢驗風電機組是否緊急停機。振動試驗

振動傳感器一般是擺錘或小球,通過手動試驗使擺錘偏離幅度超過一定角度或使小球掉落,觸發(fā)振動傳感器發(fā)出緊急停機信號。

風電機組在底部控制柜、頂部控制柜、偏航法蘭盤和機艙主軸等幾個部位,設(shè)置若干緊急停機按鈕。試驗時按下緊急停機按鈕,觀察機組是否立即響應(yīng)并緊急停機。緊急停機按鈕試驗風電機組上的扭纜開關(guān)為行程開關(guān)。扭纜開關(guān)試驗

當風電機組偏航傳感器故障或異常,風電機組扭纜圈數(shù)超過規(guī)定值,達到扭纜開關(guān)動作值時,將發(fā)出信號。試驗時扳動扭纜開關(guān),觀察機組是否立即停運。正常運行時,“看門狗”與控制器持續(xù)通信。通信一旦失去,“看門狗”將立即觸發(fā),將機組停運?！翱撮T狗”試驗

試驗時可拔出“看門狗”插件,觀察機組是否立即停機,驗證其工作是否正常。檢驗液壓系統(tǒng)各部件是否正常工作,是否能夠提供足夠的壓力驅(qū)動操作機構(gòu)正確動作。液壓系統(tǒng)試驗

尤其是試驗液壓泵、電動機,以及各類電磁控制閥、壓力傳感器等是否工作正常。液壓系統(tǒng)由電動機驅(qū)動液壓泵,通過管路、電磁控制閥和各種液壓閥、壓力傳感器等部件,提供或卸放壓力油,為風電機組內(nèi)的動作機構(gòu)提供液壓動力。試驗壓力開關(guān)是否正常。試驗液壓系統(tǒng)建壓時間是否正常。試驗各安全閥是否正常。液壓系統(tǒng)試驗——試驗內(nèi)容

可通過在控制系統(tǒng)中設(shè)置目標槳距角,檢驗變槳系統(tǒng)是否按照指令正確動作,觀察反饋與實際變槳角度的吻合度。主要是檢驗變槳系統(tǒng)執(zhí)行指令是否正確,信號反饋是否正常。變槳系統(tǒng)測試

同時,做變槳速度試驗,檢驗變槳系統(tǒng)動力機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)是否足以在規(guī)定時間內(nèi)驅(qū)動槳葉完成調(diào)整動作。

對于電動變槳系統(tǒng),還要做失電試驗,即檢驗機組的后備電源是否正常,是否足以驅(qū)動機組在緊急狀態(tài)下完成順槳動作。

試驗方式為通過用手撥動或停止風速儀、風向儀,觀察控制系統(tǒng)測量值是否與實際一致,另外還可以采用手持式風速儀、風向儀進行對比測量,驗證機組上風速儀、風向儀是否正常檢驗風速儀、風向儀測量數(shù)據(jù)是否準確。測風裝置試驗三杯式風速儀風電機組控制系統(tǒng)有專用的操作面板,用于對風電機組進行操作、數(shù)據(jù)查詢和控制。操作面板試驗

一般有機組復位、停機、起動、偏航、菜單鍵及上下左右的操作鍵。試驗時逐個操作,驗證面板功能試驗可以檢驗機組控制系統(tǒng)及執(zhí)行機構(gòu)是否正常工作。

試驗時可人工將風電機組手動偏航,使風電機組偏離風向,將機組切換到自動對風狀態(tài)。在工作風速范圍內(nèi),機組應(yīng)自動對準風向。主要檢驗偏航系統(tǒng)動作是否準確,能否完成自動對風。自動偏航試驗起動加熱器,檢測元件溫度傳感器工作是否正常。加熱器試驗

在風電機組控制柜、測風裝置、機艙(低溫型風電機組)中安裝有加熱器,用于除濕和加熱。

用于驗證制動盤間距調(diào)整是否正常,制動系統(tǒng)能否正常工作。驗證在故障情況下需要停機時,風電機組能否在規(guī)定時間內(nèi)將轉(zhuǎn)速降低。機械制動試驗檢驗機組并網(wǎng)性能是否良好,并網(wǎng)后機組運行是否穩(wěn)定。機組并網(wǎng)及運行試驗

一般在完成機組各項試驗后進行,即將機組并網(wǎng)運行后,觀察機組噪聲、振動、各電壓值和電流值是否處于正常范圍。5.機組檢修項目授課教師：王華彪機組檢修項目葉片主軸齒輪箱發(fā)電機測風設(shè)備工作內(nèi)容——設(shè)備檢修偏航系統(tǒng)控制系統(tǒng)液壓系統(tǒng)變槳系統(tǒng)制動系統(tǒng)工作內(nèi)容——系統(tǒng)檢修

風沙或鹽霧的侵蝕會造成風電機組葉片表面受損,受雷擊后容易引起葉片開裂,由于質(zhì)量問題也會導致葉片產(chǎn)生裂紋或結(jié)構(gòu)性損傷,需要進行維修。葉片檢修葉片檢修的工序是:對受損范圍進行污垢清除和打磨,打磨范圍略大升葉片損壞部位,對打磨好后的損壞部位進行清潔后重新鋪設(shè)玻璃纖維并注膠,待固化后打磨成型,最后涂上防護漆,防護漆干燥后進行拋光處理。葉片主梁或抗剪腹板損壞的葉片不宜進行修復,需整體更換。1.對于損壞不嚴重的葉片,一般使用專用的回廊式檢修平臺在空中進行修復,也可通過吊車掛上吊籠或用繩索拴住工作人員從機艙下掛到作業(yè)點進行維修作業(yè),

損壞嚴重的葉片或損壞范圍過大的葉片,則需要吊裝至地面進行修復。葉片檢修——檢修要點2.葉片檢修時,工作人員穿防護服、戴橡膠手套和護目眼睛、護耳耳罩、專用呼吸面具,防止粉塵和化學物質(zhì)對人體的傷害,并使用專用打磨、拋光、噴涂、加熱工具和卡鉗等,保證檢修工作的質(zhì)量。3.雷電天氣、雨天大霧天和溫度過低都不宜進行檢修作業(yè),正常情況下環(huán)境溫度不宜低于5℃,低于該溫度需使用專用的加熱毯等輔助設(shè)備進行修復。4.葉片檢修所用的材料須與原使用材料一致。5.修復后的葉片質(zhì)量應(yīng)與其他葉片質(zhì)量基本保持一致,質(zhì)量差別一般不得超過5kg。

主軸運行中容易出現(xiàn)位移、螺栓斷裂或卡澀、軸承溫度高等故障。主軸檢修主軸檢修——檢修要點1.固定螺栓有無斷裂和松動軸承座有無裂紋和位移有無滲漏油脂軸承溫度有無異常轉(zhuǎn)動時聲音是否正常2.更換主軸本體、軸承及軸承座等部件一般需要動用大型吊車輔助進行維修。拆裝軸承需使用軸承加熱器、千斤頂?shù)葘Ｓ迷O(shè)備。3.發(fā)現(xiàn)主軸本體表面受損,打磨處理后可繼續(xù)使用;發(fā)現(xiàn)主軸表面損壞嚴重或出現(xiàn)彎軸狀況,需更換主軸本體。齒輪箱容易出現(xiàn)軸承卡澀、齒輪油溫高、齒輪損壞等故障。齒輪箱檢修齒輪箱檢修分為本體和輔助系統(tǒng)兩大部分。風力發(fā)電機增速齒輪箱齒輪箱檢修——本體檢修齒輪箱各結(jié)合面有無滲漏油內(nèi)部齒面是否完整軸承溫度是否正常油位是否正常固定和支撐部件有無位移和裂紋。本體缺陷和故障一般需吊裝至地面進行修復。多級行星齒輪增速箱齒輪箱輔助系統(tǒng)包括冷卻系統(tǒng)、潤滑油循環(huán)系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)等。齒輪箱檢修——輔助系統(tǒng)檢修各部件的連接管路是否正常有無滲漏油過濾器有無堵塞各電氣和控制回路部件及接線是否正常檢測電氣和液壓參數(shù)是否在正常范圍發(fā)電機故障主要分機械和電氣兩類。發(fā)電機檢修

主要是軸承故障失效或整體出現(xiàn)位移。故障軸承可在風電機組機艙內(nèi)進行更換。發(fā)電機檢修——機械故障

主要是定、轉(zhuǎn)子回路絕緣破壞或過流。

出現(xiàn)絕緣損壞的發(fā)電機,須使用大型吊裝設(shè)備進行整體更換。發(fā)電機檢修——電氣故障測風設(shè)備因安裝在機艙外部,受外部環(huán)境影響較大,是風電機組故障率較高的部件。測風設(shè)備檢修

檢修測風設(shè)備需出艙進行作業(yè),并做好安全保護措施。主要檢查風速儀、風向儀的傳感器轉(zhuǎn)動是否靈活、有無卡澀接線有無松動和老化測量數(shù)據(jù)是否準確偏航系統(tǒng)缺陷和故障后將出現(xiàn)對風不準確或無法執(zhí)行偏航指令等問題。偏航系統(tǒng)檢修

偏