风电变桨系统故障

风电机组液压统一变桨机构问题分析和技改郉李方;王俊杰;燕振元;才润;张维龙【摘要】由于液压油受污染和环境温度影响造成的液压变桨系统故障较多.变桨轴承是变桨系统的关键部件之一,在非独立变桨系统中,变桨轴承的润滑不良、卡涩、损伤将导致推动变桨系统的连杆机构受力不均,整体机械性能下降,容易发生断杆、扭曲等损伤.根据在液压统一变桨型风电机组的检修维护和故障处理的工作经验,变桨机构断丝脱轴故障经过采用压板式锁紧法兰盘加固后,变桨机构稳定性加强,可有效提升液压变桨系统运行的稳定性.【期刊名称】《水电与新能源》【年(卷),期】2018(032)012【总页数】3页(P76-78)【关键词】风机统一液压变桨;变桨机构;技改措施【作者】郉李方;王俊杰;燕振元;才润;张维龙【作者单位】华能白城风力发电有限公司,吉林白城 137000;华能白城风力发电有限公司,吉林白城 137000;华能白城风力发电有限公司,吉林白城 137000;华能白城风力发电有限公司,吉林白城 137000;华能白城风力发电有限公司,吉林白城137000【正文语种】中文【中图分类】TM6141 液压统一变桨系统工作状况液压变桨系统是由电动液压泵作为工作动力源，液压油作为传递介质，电磁阀、液压比例阀作为控制单元，比例阀控制液压油流量的大小和方向，通过油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距控制[1]。

风电机组启动时，桨叶由90°向0°方向转动，气流对桨叶产生启动力矩后桨叶开始转动，风电机组正常并网发电时桨叶在0°迎风面附近运动，变桨系统根据风速大小调整叶片角度，即正常运行时的桨叶连续变桨；当风机紧急故障时，电磁阀导通液压油回路驱动变桨机构带动叶片快速顺桨，风机桨叶将转动到90°，让风向与桨叶平行，使气流对叶片不产生转矩变为顺桨状态，机组安全停机。

2 液压统一变桨机构常见故障2.1 变桨轴承故障液压统一变桨方式：vestas和gemesa两大风机制造商的机组比较多采用此方式[2]。

风电机组变桨连接螺栓断裂原因分析及预防措施摘要风力发电机叶片是一个纤维增强复合材料制成的薄壳结构。

叶片工作时，根部承受着复杂的剪切、挤压、弯扭载荷组合作用，应力状态复杂易产生结构失效，所以叶片根部连接必须具有足够的强度、刚度、局部稳定性、胶接强度和疲劳断裂强度。

一旦叶根部位出现连接失效问题，叶片与风力机转子轮毂分离，发电机无法正常工作，甚至导致灾难性的质量和安全事故。

因此，对风机叶片连接螺栓状态进行监测成为了必要的手段，某公司针对风电机组变桨连接螺栓断裂情况，对叶片连接螺栓断裂进行了原因分析，并提出预防及监测措施，以确保机组安全稳定运行。

关键词：变桨连接螺栓；疲劳断裂；预紧力0引言风电叶片是风力发电机组捕获风能的核心部件，其工况复杂、工作载荷很大，设计上要求达到安全运行二十年的使用寿命要求。

叶片在运转过程中，同时承受着气动力、重力及离心力等复杂载荷的作用，其中叶片根部连接成为叶片设计中最关键的部分（如图1）。

由于叶根的载荷最大，而且应力状态复杂，承受着复杂的剪切、挤压、弯扭载荷作用，所以叶根连接必须具有足够的机械强度与弯扭刚度。

叶根的受力方式也极为复杂，同时承受拉伸、压缩、扭转及剪切等复杂应力的作用。

叶片根部连接螺栓断裂而导致风电机组运行事故是一种常见的故障模式。

图 1 叶片与轮毂链接示意图1叶片根部连接螺栓断裂的主要故障及根源分析目前，叶根与轮毂链接的的方式主要由三种：“T型螺栓”连接方式，螺栓套筒预埋连接方式，金属制根部连接件连接方式。

在正常工作状态中，叶片叶根螺栓连接是紧连接，承受着交变载荷。

“T 型螺栓”连接( 包含双头螺栓及横向螺母) ，也称“IKEA” 连接，是风机叶片最广泛的螺栓连接结构之一，本文重点考虑“T型螺栓”连接方式。

在叶片根部断面沿叶根节圆均匀分布多组高强度螺栓组，每组螺栓由双头螺杆和交叉螺母组成，叶片根端有两组均匀分布且互相对应螺栓孔和螺母孔，交叉螺母安装在径向螺母孔中，双头螺杆安装在轴向螺栓孔中，双头螺杆一端与交叉螺母连接，另一端伸出断面与主机轮毂连接，从而将叶片与主机联为一体（如图2）。

GE风机1.5WM ESS变桨系统常见故障浅析及应对措施作者：高振宇穆帅来源：《中国科技纵横》2016年第16期【摘要】变桨控制系统是变速恒频风电机组的重要组成部分，变桨系统故障繁多不仅严重影响风电机组的发电量而且严重威胁风电机组安全稳定运行。

本文通过介绍GE风机ESS变桨系统的基本结构，变桨控制系统逻辑动作原理为风机故障处理提供思路，同时总结风电机组检修当中的实际经验，提出了相应的措施，确保风电机组长期安全稳定运行。

【关键词】变桨系统故障检修预防措施本文介绍的是GE1.5WM ESS变桨系统，通过变桨系统控制原理介绍、常见运行故障分析，有针对性的提出相应的解决措施，实现风电机组稳定可靠运行。

1 GE1.5MW 风机ESS变桨系统简介1.1 变桨系统的组成变桨系统包括一个中央柜，3个轴柜及其电池柜，3个变桨电机。

中央柜主要接受主控指令，发送指令、将滑环传输的供电分配至各个轴柜同时接收轴柜的反馈信息，主要包括AEPC 板、交换机等主要部件。

轴柜包含电机控制和保护电路、接收变桨电机位置反馈和调节电机速度，主要包括变压器、蓝盒子（Power converter）、AEPA板、接触器等主要部件。

电池柜在急停变桨模式下给电机供电，保证机组安全停机，同时在吊装过程中组装叶轮时也起重要作用，主要包括电池和充电板。

1.2 变桨启动和运行内部动作逻辑简介（1）当外界环境温度低于5℃时，外部供电正常，滑环至轮毂的24V电源经AEPC板提供给AEPA板内部的温控单元，温度单元激活加热器继电器K8，K9，K10，加热器开始工作，温度升高到10℃后，加热器停止工作，24V供电继电器K6被激活，AEPA板和AEPC板24V供电回路得电，同时蓝盒子（变桨变频器）开始预充电，电压达90V左右。

滑环至轮毂的安全链供电、主接触器供电正常，AEPA板内部安全链继电器K1，主接触器吸合继电器K4得电，蓝盒子使能继电器K3得电，继而K21接触器吸合，电机运行回路处于闭合状态。

工程技术随着风电技术的不断成熟与发展，风电机组功率等级也逐渐增加，变桨控制技术应运而生，并且凸显出很大的优越性。

目前变桨控制系统主要用于兆瓦级风电机组，既能提高风力机运行的可靠性，又能保证高的风能利用系数和不断优化的输出功率曲线。

然而变桨控制系统在实际运行中也出现了诸多问题。

新疆托克逊小草风电场地处超Ι类风区，常年风频变化较快、夏季高温及冬季严寒，所使用的明阳MY1.5Se型风电机组采在实际运行中出现“水土不服”现象，频繁报变桨通讯故障，导致风机可大规模停机，直接影响了风电场的发电量和经济效益，解决此类问题迫在眉睫。

1 变桨系统原理概述(1）变桨系统:风机的整个叶片可以绕叶片中心轴旋转，使叶片攻角在一定范围（一般0°～90°）内变化；以便调节输出功率不超过设计容许值。

在机组出现故障时，需要紧急停机时，先使叶片顺桨，可以减小机组结构中的受力，以保证安全可靠停机。

(2）变桨系统的工作原理：变桨系统主要由PLC、可逆直流调速装置、直流电机、绝对式位置编码器等组成，并由蓄电池作为后备电源。

PLC组成变桨的控制系统，它通过现场总线和主控制系统通信，接受主控制系统的指令，并控制可逆直流调速装置驱动直流电机，带动桨叶朝要求的方向和角度转动，同时PLC还负责蓄电池的充电控制、蓄电池电压的监控等辅助控制。

2 变桨系统运行中存在的问题新疆托克逊小草湖风电场MY1.5S e型风电机组在运行中通过观察分析，变桨通讯故障有很多是瞬间故障引起，动力电缆的干扰信号窜入信号电缆，通讯线固定不牢引起变桨系统通讯闪断等变桨通讯故障引起的，并非设备本身的问题，如果解决该问题，便可从根本上解决变桨通讯故障的问题。

明阳MY1.5S e型风电机组的可利用率必需达到95%以上，否则将严重影响风电场的发电量和经济效益，且参考同DOI：10.16660/ki.1674-098X.2015.30.060关于明阳MY1.5Se风电机组变桨通讯故障原因分析及处理措施张孝义 杜洪杰 贾越伟 高宇(华能吐鲁番风力发电有限公司 新疆乌鲁木齐 838000)摘　要：随着我国风电产业和科学技术的不断发展，越来越多的风电项目并网发电，风机运行可靠性与稳定性对风电企业的重要性越来越备受关注。

风力机组电动变桨系统摘要:目前,电动变桨系统已取代液压变浆系统并被大多数风力机组采用。

电动变桨系统作为风力机组功率控制和安全运行的重要执行结构,直接决定风力机组吸收的风能的大小，对于机组的安全稳定运行发挥着重要作用。

此处介绍了电动变桨系统的电气结构和运动控制技术要求,分析了系统中变桨控制器、备用电源、变桨电机和伺服驱动器4大部件的功能、特点及设计中需要注意的题。

详细介绍了备用电源不同储能元件的方案,不同种类变桨电机的特点及其适用场合,伺服驱动器的不同设计方案，并分别做了比较分析。

最后展望了电动变桨系统的发展方向。

关键词:风力机;电动变桨控制;变桨驱动器1 引言变桨机组已经取代定桨机组成为风力机组的主流。

变桨系统作为风力机组功率控制和安全运行的重要执行结构，在机组运行中发挥着重要作用。

正常情况下,变桨系统按照风力机组主控制器的指令驱动桨叶旋转到达指定的桨距角位置,使风力机组在各种工况下(启动、正常运转、停机)按最佳参数运行,实现并网过程的快速无冲击;在紧急故障时，调节桨距角使桨叶顺桨，进行气动刹车,保证风力机组安全。

风力机组的变桨系统分为液压变桨和电动变桨两大类,其中,液压变桨系统存在非线性、容易泄漏、卡涩等缺点,泄漏不仅容易造成机组运行故障,而且给日常维护带来了不便。

电动变桨系统采用电机配合减速器对桨叶进行单独控制,其结构紧凑、可靠,可独立变桨。

只要风机控制器给变桨控制器发出桨距角指令，变桨控制器就会按照--定控制策略控制3个伺服驱动器,驱动电机通过减速器带动桨叶旋转完成变桨。

3个桨叶中只要2个桨叶处于顺桨位置即可保证风力机组顺利停机,处于安全状态。

我国目前安装的风机主力机型容量在 1.5 - 3.6MW之间,且大多为电动变桨机组。

2 机组对变桨系统的要求变桨系统工作环境恶劣，长期承受振动、高低温的影响，维护困难，故要求其具有较高的可靠性。

在一定桨距角下,风力机组俘获的风能与风速的三次方成正比，特别是在高风速段的变化，引起风力机组俘获风能变化极大。

降低金风1.5MW机组变桨子站总线故障频次摘要：风力发电是一种可再生的清洁新能源，随着我国风力发电装机比例的不断提高，其稳定可靠的运行方式备受关注。

金风风电1.5 MW风电机组是金风公司最早开发的一种永磁直驱风电机组，由于使用年限的增长，一些电器部件老化，金风风电1.5 MW机组的变桨子站总线故障频繁发生，对风电机组的高效、安全运行造成了极大的威胁。

因此，减少金风风电1.5 MW机组的子站总线故障频率，是提高风电机组运行效率的关键。

在具体的工程实践中，通过软件监控、加强设备的精细化维修以及改善 DP通信部件的工艺，可显著降低设备的故障频率，缩短停机时间，提高设备的可利用率及设备的可靠性。

减少金风风电1.5 MW 机组的子站总线故障频率，既有利于提高风电企业的经济效益，又满足了我国的节能环保需求。

本项目以金风风电1.5 MW机组为研究对象，针对金风风电1.5 MW机组变桨子站总线故障，探索减少其发生频率的方法与手段，有效地减少变桨子站总线故障频率，促使系统安全稳定与可靠运行。

关键词：故障诊断；变桨控制系统；风电机组To reduce the frequency of faults in the variable-rotor bus station of Jinfeng 1.5 MW unitZuo shi haiCGN New Energy Yunnan branch Mou Ting Fung Tun Wind Farm Chuxiong Yi Autonomous Prefecture, Yunnan provinceAbstract: Wind power is a renewable and clean new energy. With the increasing proportion of installed wind power in China, its stable and reliable operation mode has attracted much attention. Goldwind 1.5MW wind turbine is a kind of permanent magnet direct drive wind turbine first developed by GoldwindCompany. Due to the growth of service life and aging of some electrical components, the bus failure of the transformer station of the 1.5MW wind turbine frequently occurs, which poses a great threat to the efficient and safeoperation of the wind turbine. Therefore, reducing the frequency of sub-station bus failure of Jifeng Wind Power 1.5MW unit is the key to improve the operating efficiency of wind power units. In specific engineering practice, throughsoftware monitoring, strengthening the fine maintenance of equipment andimproving the process of DP communication components, the failure frequency of equipment can be significantly reduced, the downtime can be shortened, the availability of equipment and the reliability of equipment can be improved. Reducing the sub-station bus failure frequency of Jinfeng Wind Power 1.5MW unitis not only conducive to improving the economic benefits of wind power enterprises, but also meets the needs of energy conservation and environmental protection in China. This project takes Jinfang Wind Power 1.5MW unit as the research object, aiming at Jinfang wind power 1.5MW unit bus failure, explores ways and means to reduce the frequency of bus failure, effectively reduces the frequency of bus failure, and promotes the safe, stable and reliable operationof the system.Key words: fault identification; Variable pitch control system; Wind turbine set引言变桨系统是作为大型风电机组控制系统的核心组成部分，对机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。

一种风电机组变桨系统故障分析方法路敬祎;张凯宾;岳继康【摘要】为了提高风电机组变桨系统的故障识别准确率,提出一种通过提取采集数据的特征参数来构造高维特征参数矩阵,高维特征参数矩阵经过LLE降维得到低维特征参数,低维特征参数矩阵作为SVM模式分类输入进行工况识别的方法.该方法在风机故障识别中的准确率为87.50％,正常状态识别准确率为100％,最终的总识别准确率为93.75％.通过理论分析和实验表明:该方法提高了永磁直驱风电机组变桨系统故障识别的准确率.【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2019(046)007【总页数】4页(P553-556)【关键词】故障识别;数据分析;变桨系统;旋转编码器;支持向量机;LLE【作者】路敬祎;张凯宾;岳继康【作者单位】东北石油大学电气信息工程学院黑龙江省网络化与智能控制重点实验室;东北石油大学电气信息工程学院黑龙江省网络化与智能控制重点实验室;东北石油大学电气信息工程学院黑龙江省网络化与智能控制重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TP274国家能源局公布，2018年我国新增并网风电装机2 059万千瓦，累计并网装机容量达到1.84亿千瓦。

2018年风电发电量3 660亿千瓦时。

这些数据背后是十几万台风电机组安全、平稳运行的结果。

随着近些年相关机构与科研人员的深入研究，风电变桨系统在控制策略与优化上已经达到了较高的水平。

但是，随着风电场数量的增加，运行时间比较久的机组变桨系统故障发生的频率开始增多。

不同类型的机组，采用的变桨系统不一样。

不同的风电场，故障发生的类型也不一样。

有必要有针对性地进行数据分析与建模。

在风电机组的故障诊断与分析方面，文献[1]提出一种基于Relief算法从风电机组SCADA 数据中提取故障特征参数的方法，根据 SCADA 历史数据和风机故障记录，利用Relief算法筛选出与风机部件故障相关度高的故障特征参数。

存在的问题是如果故障数据集样本不足，将导致Relief算法无法有效计算特征参数权重。